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第11章 清华园寻访隐士胜因院纵论天地(4 / 8)

,我是这样,物理学也是这样。”

“爱因斯坦活着的时候,就想建立起大统一理论,妄图找到宇宙间所有物质的基本规律,”王家昌接着说,“从提出相对论后不久,他就着手研究。由于微观粒子之间仅存在四种相互作用力,也就是万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力,他试图通过统一思维来简单的解释宇宙,把当时已发现的四种相互作用统一到一个理论框架下,从而找到这四种相互作用产生的根源。可惜啊,一直到他去世,这项工作也没有完成,以致于一些科学史学家断言,这是爱因斯坦的一大失误。

“霍金在《时间简史》中也指出,也许会发现大统一理论,但这个大统一理论,并不是爱因斯坦最初设想的大统一理论。这是因为,我们不可能通过一个简单美妙的公式,来描述和预测宇宙中的每一件事情,毕竟宇宙是确定性和不确定性相互统一。

“可人们还是不死心啊,所以就有了后来的超弦理论和M理论,就有了所谓的宇宙是‘十一维空间’的假想。

“弦理论,包括它的升级版超弦理论,认为所有的亚原子粒子都不是小微粒,而是类似于橡皮筋的弦。弦理论主要试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论——量子力学和广义相对论,进一步想创造出描述整个宇宙的万物理论。

“不过说说容易,做起来可就复杂了,这需要对我们所描绘的宇宙进行一些调整。也就是说,宇宙一定存在比我们所知的四维空间更多的时空维度,前面的研究者认为,这些隐藏的维度可能卷到非常小,以至于我们没有发现它们。

“20世纪90年代,爱德华·维顿提出了一个具有十一度空间的M理论,他和其他学者找到强力的证据,证明了当时许多不同版本的超弦理论其实是M理论的不同极限设定条件下的结果,这些发现带动了第二次超弦理论革新。M理论如果成功,那将会是一场人类对时空概念、时空维数等认识的革命,其深刻程度不亚于上个世纪的两场物理学革命。

“你是说……”我迟疑地问了一句:“M理论认为宇宙至少是十一维的?”

“是。”王家昌很肯定地回答:“当然,这么高的维度让任何正常人的脑子去理解,都无法和生活经验里的四维时空观想对应。不过,十一维空间也并不是那么难以解释。

“面对这个矛盾,M理论给出的一个解释叫做‘微小尺度的维度隐藏’。这就是说,在十一维时空中,比日常感觉多出来的维度,其实只是在极其微小的普朗克尺度上才会出现,是极其精细的时空结构,我们完全无法察觉;在普通尺度上,时空仍然是四维的,和我们的感受一致。

“举一个霍金常说的例子,人们喝水用的吸管是一个薄的空心柱体,毫无疑问这是一个三维几何体。让咱们设想一下:这根吸管正在慢慢的变细,截面半径越来越小。当吸管半径小到极致的时候,它看起来就成为了一条一维的直线。在这个变化过程中,吸管真实的三维结构就在极小的弯曲半径下被隐藏起来——这就是小尺度空间产生维度隐藏效果的一个形象说明,这在物理学上的术语叫做‘空间的紧致化’,嗯,紧致,皮肤紧致的那个紧致。”

王家昌顽皮地笑笑,接着说下去:

“这个十一维的空间,其实并不是不能描述和想象,但需要用到数学语言,你们如果连微积分都不懂的话,这种数学语言对你们来说就是天书了。

“所以,我就试着用自己的话给你们试着解释一下,不过我先得说清楚,我说的时空图景并不能对应M理论当中的时空观,这种描述在物理学上也不严谨,但我不这么说,你们就无法想象那种高维时空的奇妙。”

我和林峰几乎同时点点头,我不知道他是怎么想,对我来说,能在这样一个特殊的环境,由这么一个物理学怪咖来讲述高维度的物质图景,这让我产生了一种非常奇妙的感觉。

“还是从最简单的说起吧,”王家昌仰起头,看着天花板,几乎像是一个人喃喃低语地说起来:“所谓维度就是一个坐标系中独立参数的数目。咱就不去探寻维度概念的准确数学含义了,只要能理解它的直观形象就行:零维是点;一维是线;二维是面;三维是体。

“把你自己想象成一只小蚂蚁,在零维空间,也就是奇点状态,你是孤独的存在,佛教上怎么说来的,‘无我’、‘虚空”是吧?”

刚在慧明师父那里接受了一晚上的佛法灌顶,听王家昌说道这里,我和王琼都对视了一眼。

“在一维空间里,你这支小蚂蚁就像身处一根和你身体一样粗细的管子中一样,只能一路向前爬,最后留下的是一根直线的轨迹,没有起点,也没有终点……

“假设把你放在一张无边无际的纸上爬行,给你足够的时间,按照大数理论,你这只小蚂蚁可以爬遍纸上所有的部分,这就形成一个二维的平面,这是你在二维空间的想象场景。虽然你能爬遍纸上的每一个点,但让你爬到纸的背面,在二维尺度上,你这只小蚂蚁就无能为力了。

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