广袤的宇宙 复杂的时空 (一)

大法弟子


【正见网2001年02月15日】

《转法轮》在“关于天目的问题”一节(pp.54)中指出:“我们现代的科学研究这个东西,还是差得很远,和整个宇宙中存在着高级智慧星球那些生命比起来,我们人类的科技水平是相当低的。就在同时同地存在着另外的空间我们都突破不了…………物质在微粒下有分子、原子、质子,最后往下追查下去,如果每一层你能够看到这一层的面,而不是一个点,看到分子一层的面、原子一层的面、质子一层的面,原子核一层的面,你就看到了不同空间中存在的形式。任何物体包括人身体都是和宇宙空间的空间层次同时存在、相通的。我们现代物理学研究物质的微粒,只研究一个微粒,把它剖析、分裂,原子核分裂之后再研究它裂变之后的成份。如果有这样的仪器能够展开,看它这一个层次中,所有的原子成份或者是分子成份在这一层中整个的体现,要能够看到这个景象,你就突破了这个空间,看到另外空间存在的真象了。人的身体和外面的空间是对应的,它都存在着这样的存在形式”。
可见,除了我们普通肉眼能看到的空间外,宇宙中还存在着另外的时空。对于《转法轮》中关于时空的论述,现代科学界是有相似认识的。

回顾人类时空观的发展,可以分为三个阶段。牛顿由经典物理学的成果出发,把宇宙看成是机械的,看成是一个以固定规律运转的精密的机器,比如地球围着太阳旋转,星系如同一个巨大钟表的很多齿轮。这就是机械的时空观,是绝对时间、绝对空间的框架体系,把时间与空间完全割裂开来;第二阶段,以爱因斯坦的相对论为基础,摒弃了牛顿的绝对时空的概念,将空时结合起来建立了相对论时空观。对于任何一个惯性系,时间是用相对于这个惯性系静止的、同样构造的钟来度量的。广义相对论时空观还取消了惯性系的概念,以弯曲的空间概念把物质、运动、时空联系在一起,否认了时间、空间割裂的思想。但是爱因斯坦的相对论是描述静态的、孤立的、均匀分布的时空,没有建立高维动态空时流形的物理概念,没有分析时空结构的演变。而且新的观测事实,如水星进动、X射线爆发源对爱因斯坦的广义相对论发起了挑战[1];第三阶段,现代科学已经认识到我们存在的时空世界事实上是十分复杂的,决不是只存在着我们人类用肉眼可以感知到的空间。在这基础上,人们发展了现代时空理论。

一、现代时空论及量子物理时空观

现代时空论的观点是宇宙是由各种不同维度的空时结构组成。高维空时流形的实质是复能量流,即空间的实质是能量流[2]。比如超弦理论认为:真实的时空是高维的,可能是10维,也可能是26维等[3]。若以10维的为例,量子力学认为一切粒子均有波动性,其波长为λ=h/p,其中p为动量,h为普朗克常数。若粒子的波长比空间尺度L大许多,则这一维必将被紧致。根据卡鲁查克莱因理论,要在紧致后的4维时空中获得正确的引力常数G,则其余6维的尺度L 都要在普朗克线度lp之内(lp=h/(mp, Ec),其中分母表示动量)。由此可见,要探测余下的这6维时空,则发射的粒子应具有大于(mp, Ec)的动量。关于量子物理时空观,著名的量子物理学家、牛津大学教授德伊兹教授作了最好的表述,他说:“量子力学本质上是关于多个平行宇宙的解释,有些宇宙和我们这个宇宙很相似,而另一些则很不一样。在我们附近的宇宙可能只跟我们宇宙相差一个光子,而最远的那些宇宙则跟我们的宇宙完全不同。”,“现实世界并不是由一个宇宙构成,但是我们只能在它的一个层面上活动。”[5]

另外近十余年来,随着量子物理学和广义相对论的交汇,特别是规范场理论中对称破缺相变的最新进展,现代宇宙学提出了许多宇宙形成假说。宇宙大爆炸理论、暴胀宇宙论和宇宙弦理论就是这些理论中很重要的一部份。例如,根据1983年A.Linde提出的混沌暴胀宇宙模型,极早期宇宙中存在着若干个空间畴,每一个空间畴将作指数膨胀,形成大小超过可观测宇宙的微宇宙泡。每一个微宇宙泡可以演化为一个对应的宇宙,而我们生活的这个宇宙只是由其中一个微宇宙泡暴胀演化而来的[6]。

这些宇宙是连通的。根据1935年爱因斯坦提出的“虫洞”(Wormholes)理论。虫洞能扭曲空间,是宇宙的隧道,可以令原来相隔亿万公里的地方变成近在咫尺。也就是说不同的子宇宙空间可通过虫洞联结,但“虫洞”的引力极其大,以至于可以毁灭所有进入它的物质[7]。

二、多层面时空论

如前所述,现代科学已经认识到了多个时空的存在,并提出了以上各种理论,但是这些理论还存在很多问题。比如对于宇宙大爆炸理论,我们无法解释0~10^-43秒之间宇宙是什么状态?为什么极早期宇宙中粒子和反粒子数目不对称?为什么宇宙中光子数和粒子数之比为10^-9数量级[1]?1964年发现的所谓的“大爆炸火球”,在1992年后的观测中有温度的波动,即其密度是在密与疏之间波动,这与宇宙大爆炸理论的推论不相符。

又例如,1997年1月9日,权威科学杂志《Nature》上的一篇关于星系分布的文章指出,超级星云是按规则晶格排列的,每个长方形的格子边长三亿六千万光年。据Estonia的Tartu观测中心的J.Einasto博士报导,超级星云的整个分布就象一个三维的棋盘。1990年2月,英国Durham大学天文学家T.J.Broadhurst和一个多国科学家组成的小组,在范围不大的一块天空区域向纵深观察,观测范围至60亿光年。他们使用一种笔心式(Pencil Beam)扫描仪器确定,星云间是以3亿光年间隔的密度按周期分布的。天文学家已经知道星系会组成片状或丝状的星云,围绕着没有星系的空间运转,但周期性的结构却是非常出乎意料的。所有这些观测结果向我们原先对宇宙的认识提出了挑战。根据宇宙大爆炸理论,星云应该是随机地分布在整个宇宙中的。加州大学伯克利分校的Marc Davis博士说,如果星系的分布真的是周期性的,那么完全可以说,我们对宇宙的早期情况实际上一无所知。

超弦理论也存在困难,比如弦论提出的量子色动力学(QCD)的标准模型能把强作用力、弱作用力、电磁力统一起来,但很难将引力也统一进去[7]。再有,是不是宇宙间就只存在这四种基本作用力?宇宙间的γ射线超能爆发就不能简单归结为这四种力的作用。超弦理论对此也无法解释。另外,弦论中维数的概念本身没有解释宇宙演化的物理本质,它的结论是不可检验的(物理学家必须建造一个周长为1000光年的粒子加速器,而整个太阳系的周长才一光天)。超弦理论在物理学领域把数学工具用到了极致,被称为“数学之舞”,把宇宙的演化变成了纯“数学游戏”,甚至失去了物理意义,成了“美学”的作品。

总之,现在人类对于宇宙、时空的认识还是很不完善的。

(待续)

北京科技界部份大法修炼者(1999年)

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