科学家寻找宇宙隐藏的空间有望(图)


【明慧网2005年1月12日】根据超弦理论 (The String Theory) ,世界上万事万物都是由(几乎是)无穷小的超弦子构成,由此可以形成很多其大无外、其小无内的不同的空间。这些空间有可能同时同地存在,但人却不能察觉。目前这个理论的最大贡献是,在理论上统一了四大物理力-万有引力,强核力,弱核力,和电磁力,所以又叫万事万物的理论(A theory of Everything)。统一物理学中的四种力是爱因斯坦生前的最后一个梦,也是令当今所有物理科学家头疼的命题。有人认为这一理论有可能是科学和宗教(尤其是佛教)对宇宙的认识的交接点。


这是一个设想的六维空间在二维空间的投影,被称为Calabi-Yau shape。该图显示了空间内部的折叠和弯曲。空间的弯曲和折叠有可能形成远距离空间之间的捷径-虫洞学说(worm hole)。

目前,超弦理论似乎没有试验可以证明。但 Nima Arkani-Hamed认为他可以找到一个方法来测试超弦理论“Nature 433, 10 (06 January 2005)”(2005年1月6日出版的《自然》杂志)。实际上指的是证明该理论所预测的宇宙中其他隐藏的空间的存在。

万有引力被普通人认为是想当然的力,但科学家是测不到万有引力的,因为万有引力弱到几乎不存在。究竟万有引力跑到哪里去了?超弦理论是解决这个问题的唯一希望。

超弦理论研究者 Nima Arkani-Hamed 希望粒子碰撞试验将可以证明万有引力漏到了另外隐藏的空间。

其他科学家认为这个试验计算可能要几十年,甚至是不可能的。 但Nima Arkani-Hamed, 哈佛大学的物理学家说,2008年就可以实现。这一年,他可以从欧洲核子中心大型强子对撞机那里取得数据。如果Nima 是对的,这个试验将是第一个科学证据支持超弦理论。

超弦理论诞生于1980左右,试图回答物理学界长期困惑的问题,为什么万有引力比所有其他三个物理力都要弱,弱到测不到。超弦理论理论学家设想,如果万事万物都是由非常非常小的超弦子构成,科学家就可以有一个模型统一四种物理力,并且解释宇宙不同的空间构成,其中包括11维和26维空间。有的无穷大,有的无穷小。但遗憾的是超弦子太小太小,小到只有原子核的亿万万分之一,难以证实。所以批评家说,超弦理论是哲学不是科学。

Arkani-Hamed希望探到超弦理论所预测到的另外空间。1998年,Arkani-Hamed发表文章说,宇宙间有的空间小到只有毫米级 (N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali Phys. Lett. B 429, 263-272; 1998)。 这么小的空间在我们居住的三维空间根本测不到。

我们所知道的万事万物都被局限在三维空间的时空概念里,但万有引力可能不遵守这个规律。超弦理论理论学家认为,万有引力可能会漏到其它空间去。如果真如此,(万有引力在观察中的不可预测的变化也许能提示这些隐藏的空间的存在。

Joe Lykken是费米试验室的理论物理学家,他说,这是我们这个领域的分水岭。过去没有人能做有关超弦理论的试验,现在很多人都想在小范围尝试。

Nima是两个伊朗物理学家的儿子,生在休斯顿,长于波士顿。他们在1979伊朗革命后返回故乡。当宗教极端分子控制政府后,他们被迫逃到土耳其,父亲也被迫转为地下。回美以前,Nima在多伦多住过一段时间。

从小Arkani-Hamed 就喜欢物理,但不喜欢超弦理论,认为它深奥难懂。但在多伦多大学开始学习量子物理时,他转变了,因为这个理论奠定了高能物理的基础。他仔细地研究这一理论,觉得超弦理论属于更高一个层次的学说,远远超过当今任何一种学术理论。他说,“显而易见,这里有很深的奥秘。”

Arkani-Hamed最后说,如果我们的试验被证实,那将是三百年来科学界最大的发现。