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泥客推荐:史上物理学的最强科普集合(5)

2017-08-19 10:55:54 文章来源:泥客论坛 字体:

5、霍金,平行宇宙

黑洞是使霍金名满天下的研究,在那之后,他创立了量子宇宙学(quantum cosmology),以爱因斯坦的古典宇宙学为出发点,再将整个宇宙量子化,试图完成那个前辈物理学家的未竟事业“统一场论”,统合小到夸克、大到银河星际甚至整个宇宙的所有自然律。事实上,霍金的理论甚至远远超出了我们的宇宙!

他的新构想是将整个宇宙看成一个量子粒子,用宇宙波函数来描述多重宇宙(不止一个,是无数个宇宙)的无穷集合。按照霍金的理论,我们的宇宙,只是无数的平行宇宙之一,每个宇宙都透过复杂的虫洞系统与其他宇宙相连结。

如果霍金说的没错,世上就存在着无数的平行宇宙。其中很多宇宙具有不同的物理常数,大多数宇宙都是一片死寂,不具备孕育生命的物理定律。但是在某一个宇宙中,它的物理定律恰好符合生命的条件,这就是我们的宇宙。

如果这种理论属实,我们就不必把生命的起源归诸于上帝。

宇宙航行 & 遁入高维度宇宙

前文说过,太阳系乃至这个宇宙,终究难逃消亡的命运。那么,智慧生物是否作为宇宙的一部分因而最终难逃灭亡的宿命呐?

我们的希望,就在十维宇宙和超弦理论!

按照超弦理论,我们的宇宙诞生于一个十维宇宙,由于这个十维宇宙的对程结构不稳定,在“大爆炸”时分解为一个四维宇宙(我们现在的宇宙)和一个六维宇宙。四维急剧膨胀,历经150亿年形成了我们今天的宇宙;而六维宇宙则急剧收缩成为一个10E-32公分的微小世界。

这个六维宇宙在哪里?它就在我们的周围!只是因为它太微小以至于无法观测得到。假如,我们能够观测得话,它会是什么样子呐?这是近几十年内大量数学家、物理学家研究的课题。其中,以华裔科学家丘成桐命名的卡拉比-丘流形是比较得到认可的一个答案。

上图是一个六维卡拉比-丘流形的二维截面图。也是说,该图相当于是一个六维空间的“影子”。

接着说,当我们的四维宇宙崩溃时,与大爆炸那一刻相反,原本收缩的那个六维宇宙开始慢慢展开,智慧生物有机会在这一个瞬间,由四维宇宙逃入六维宇宙,获得新生。

这一个过程,需要我们掌握更强大的力和能量,才能驾控宇宙,获得新生。举例说:那时我们需要极高速的宇宙飞船,但根据狭义相对论我们知道我们永远不可能达到光速,那么我们怎么跨越动辄以光年计数的漫漫长路呐?不违反爱因斯坦的自然律而又能够实现可能的时空跨越的方法,就是人为把时空弯曲。

打一个容易理解的比方,就好比在地毯的另一边有一个瓶子,我们不需要走到地毯的那一边去拿到它,我们可以坐在原地,把地毯逐渐拉向我们,通过使地毯逐渐卷曲,来拉近我们和瓶子的距离,以这样的方法最终拿到瓶子。

这就是不需要跨越距离,但是却可以从一点到达另一点的方法:弯曲时空。而弯曲时空所需要的能量,是我们现在所掌握能量的一千亿倍。这就是统合自然力的目的所在。

前文说到,量子力学还描述了另外一种宇宙消亡的情景,那就是质子和中子衰变。根据大一统理论,我们所知道的一切物质,包括太阳系和地球、也包括智慧生物身体内的质子和中子最终都会分解。

那时,智慧生物就需要用新的质子和中子合成新的原子核。这同样需要巨大的能量,和弯曲时空所需要的数量级相当。这也是统合自然力的意义所在。

6、结语

我们赞美数百多年来科学进步过程中的这些先驱,是他们智慧的心智,让我们人类只凭借头脑和一些工具,就可以计算出支配数十亿光年外的物质的定律,我们只有微不足道的能源,甚至还没有离开太阳系,但我们已经知道恒星深处的核子反应或原子核内的情况。

我们在这个不起眼的小行星上发现的物理定律,却适用于宇宙的各个角落,我们的思想能了解并控制星星的宇宙法则,我们体内的原子原是某个恒星的核融合反应的产物,我们的原子比山的年代还久远,我们是由宇宙尘造成的,这些原子又凝聚成能了解宇宙法则的智慧生物。

让我们以霍金的一段话作为结语:

“如果我们真能发现一个完全的理论,如果我们能讨论出答案,这将是人类理智的最大成就-届时我们就能知道上帝的想法了。”

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