多维空间研究新进展:“膜世界”理论


【明慧网2002年3月30日】佛道两家的世界观都提到了另外空间的存在,比如三界之内有很多层“天”,并且修炼有成就的人可以“跳出三界外,不在五行中”。在中国气功高潮中,有许多杂志也报导了人体特异功能现象,例如从密闭的容器中取物等等,研究者往往认为这些现象是突破我们现有空间的结果。当然也有许多人不相信,认为另外空间只是凭空想象,因为它们看不见、摸不着,连最先进的科学仪器也探测不到它们的存在。

然而,科学家们的思想往往是超越人类现有知识的。他们认为,看不见、摸不着、现代科学仪器探测不到的,并不能证明不存在,也可能是因为这个仪器还不够先进。在现代物理学研究中,为了能够把万有引力和其它基本作用力统一起来,一些理论物理学家提出,我们这个宇宙可能只是多维空间的一个层面(膜)。基于这个“膜世界”的概念,科学家们试图把万有引力和其它基本作用力统一起来。权威科学杂志《自然》2001年6月28日(第411卷)报导了膜世界理论的研究。以下为原文的部份翻译。

请设想一下,我们熟悉的这个三维空间和一维时间的宇宙被一个多重宇宙所代替,当然这超出了我们的经验。现在设想这个多重宇宙是以多层膜的形式存在于一个多维超空间。这些另外的时空可能只有原子大小,也可能无限的大。我们也许永远也不能进入这些时空,但是它们却对我们这个宇宙的物理现象产生深刻的影响。

“膜世界”迄今只是在理论物理学家脑海里被证明存在的奇异世界。虽然听起来有点异想天开,实际上“膜世界理论”是非常严肃认真的一个尝试,去解决最令现代物理学家们苦恼的问题:怎样把引力和其它三个基本作用力统一起来。

对基本粒子和基本作用力特性的最流行的解释是“标准模型”。其主要的缺点是不能把引力和其它作用力平等对待。多膜世界物理学创始人之一,哈佛大学教授尼玛阿肯尼-哈米德说:“这是非同寻常的,虽然引力是最早发现的,却是迄今了解最少的力。”与其它的伙伴相比,引力很弱。比较两个电子之间的引力与电磁斥力,引力要弱10^43倍。阿肯尼-哈米德用了一个大家熟悉的例子进一步说明:“一个普通的磁铁能够吸起桌子上的一根别针,尽管整个地球的质量都在向下拉这根针,试图阻止它被磁铁吸上去。”

然而现在的宇宙理论要求,在宇宙“大爆炸”后的一个很短时间内,所有的四种基本作用力是合一的。在这样的高能状态下,这些作用力随着宇宙的冷却,在互相分离之前,引力一定与其伙伴有相同的强度。

目前试图解决这个矛盾的主要理论是“超弦理论”,它把所有的基本粒子都用振动的一维“弦”来表示。根据超弦理论,在极小的距离(10^(-35)米)之内,引力的强度可以赶上其它伙伴。如果能探测这样小的范围,就可能发现另外7个卷曲的维度。

科学家们让两个能量极高的较大粒子互相碰撞,在碰撞产生的碎片中寻找(新的)基本粒子。如果“超弦理论”是对的,那么要想探测引力的性质,所需要的能量将高达10^16万亿电子伏特,而现在世界上最大的粒子加速器只有2万亿电子伏特。

巨大的能量也给理论物理学家带来了麻烦。粒子碰撞实验表明:电磁力和弱核力在1万亿电子伏特能量时可以统一起来。通过仔细调节,“标准模型”可以适用于这个“电弱”能量级别,但是无法解释观察到的弱电能量级别和弦理论所预言的10^16万亿电子伏特之间的巨大差异。物理学家们把它叫做“级别问题”。

大多数理论物理学家试图通过引入“超对称”来解决“级别问题”。这个理论提出,在“标准模型”中每个粒子都有一个镜象,它们具有不同的“自旋”这种基本特性。这些粒子的量子效应处于极高的能量级别(10^16万亿电子伏特),但是理论物理学家们发现:他们几乎完全抵消掉了,只剩下“电弱”能量级别。

1998年,在加州斯坦福大学工作的阿肯尼-哈米德、萨瓦斯迪莫泊拉斯和加艾德瓦里从另一角度考虑“级别问题”。他们设想如果引力和电弱力具有相同的能量级别,那么引力会是什么样的呢?

经过深入的研究,阿肯尼-哈米德等提出了“膜世界理论”,认为许许多多空间是以多层膜的形式存在于一个多层超空间。图示为其提出的一个模型。我们人类生存的这个膜(空间)是以折叠的形式存在的,遥远的星球在一个多层空间中看,可能离我们地球只有1毫米的距离。光波只能局限在膜内传输,而引力却能够“泄漏”到其它空间,也即引力可以在其它空间传输。由于这个差别,引力在我们这个空间看起来就非常弱了。

《自然》在这篇报导中对“膜世界理论”有更详细的介绍,读者可以参阅。现在“膜世界理论”还在不断的发展之中,实验物理学家们正在用实验对“膜世界理论”的预言进行验证。

事实上,对万有引力本身,也有很多疑问。美国航天局的科学家一直疑惑不解的是,他们发射的几个宇宙飞行器逐渐放慢,偏离按照“万有引力定律”所计算的轨迹。特别是对先驱者10号轨迹的观察更是提供了直接的证据。

[后记]

在现代物理学的发展史上,为了解决黑体辐射、氢光谱、光电效应等问题,物理学家在本世纪初提出了“量子理论”。量子理论已经成为现代物理学的支柱之一,其特点是人们已无法用在宏观世界的经验来想象微观量子世界的景象,而只能以数学计算推导我们在宏观世界所能观测的结果。电磁力、弱核力和强核力都可以被量子理论统一地描述为一种力的不同表现。现代物理的另一个支柱是爱因斯坦的广义相对论,这个理论优美地描述了引力。在牛顿力学中,引力被认为是物体之间的相互牵引,其力度大小随距离的平方减弱。可是在广义相对论中,引力是时空弯曲的表现。也就是说,并不存在物体之间的直接的、即时的所谓牵引,而是物体的质量使时空弯曲,而时空的弯曲造成了牵引的现象。所以虽然人们仍将其称之为引力,但人们已认识到它并不是简单的、机械的牵引。爱因斯坦一直试图将引力与电磁力统一起来,可是一直没有成功。而这个问题直到今天也没有解决。物理学家试图用“引力子”来解决这个问题,也就是说粒子之间不停地交换引力子,从而产生了引力。可是这个尝试并未获得成功。上文介绍的多膜理论以及在此之前的超弦理论都是在这方面的尝试。这些理论都认为宇宙不只是长宽高和时间四个维度,还有其它维的存在,而膜理论更明确假设有其它的膜世界的存在。

然而在修炼界,人们早在二千年前就已经通过修炼这种方法证实了另外空间的客观存在。有许多修炼的人通过天目能够看到另外空间中存在的物体、生命,而且能和这些生命体沟通上,甚至这些修炼者自己还能够遁入另外空间。中国科学家曾对遥视、特异致动、突破空间障碍等等进行过深入研究,证实了这些超常现象的存在。正是因为它的超常,一般人很难理解,更难以体验它的存在。李洪志老师在《转法轮》第一讲中论述:“假如当你进入到细胞与分子之间、分子与分子之间,你就会体验到已经进入另外的空间了。那个身体存在形式是什么样的?你当然不能用现有的这个空间的概念去理解,你身体得同化那种空间存在的形式要求。在另外空间的身体本来就是可大可小的,那时你会发现那也是一个无比广阔的空间。这就是指的另外空间存在的一种简单形式,同时同地存在着另外的空间。” (转自正见网)