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1、宇宙空間究竟有幾維？2007-08-2114:18:00 來源:中國青年報(北京) 網(wǎng)友評論5條點擊查看 神秘的宇宙和人類的經(jīng)驗世界如此不同，我們所能感受的三維世界也許只是宇宙中多維空間的一個小島。近日，東京大學(xué)上演了一場爆棚演講。主講人哈佛大學(xué)理論物理學(xué)教授麗薩·蘭道爾的到場，讓所有聽眾躁動起來——不僅因為她的美貌，更因為她給人們呈現(xiàn)了一個超乎想象的多維世界?！ 〉谖寰S空間在哪里 哈佛大學(xué)理論物理學(xué)教授麗薩·蘭道爾，是近年來理論物理學(xué)界的佼佼者。1999年，她和同事拉曼·桑卓姆發(fā)表了轟動一時的兩篇論文，至今，這兩篇論文的引用率在理論物理學(xué)界仍排名第一。根據(jù)論文建立的模型，她假設(shè)了宇宙
2、中存在著超越我們所處的四維（長、寬、高組成的三維空間＋時間）時空之外的第五維或更多維的宇宙空間。這一理論也恰好解釋了，困擾科學(xué)界多年的引力相比其他3個基本力羸弱不堪的原因?！ 】茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙基本由4種力相互作用而成。它們是引力、電磁力、強力和弱力。引力源于物體質(zhì)量的相互吸引，兩個有質(zhì)量的物體間存在引力；電磁力是由粒子的電荷產(chǎn)生的，一個粒子可以帶正電荷，或者帶負電荷，同性電荷相斥，異性電荷相吸；強力主要是把夸克結(jié)合在一起的力；弱力的作用是改變粒子而不對粒子產(chǎn)生推和拉的效應(yīng)，像核聚變和核裂變這兩個過程都是受弱力支配的。（注：人們普遍認為，物質(zhì)是由分子構(gòu)成的，分子是由原子構(gòu)成的，原子由電子、質(zhì)
3、子、中子等基本粒子組成，而基本粒子則由更基本的亞粒子組成。這種亞粒子也就是人們常說的“夸克”。） 令人不可思議的是，這4種基本力的相對強度以及作用范圍都有巨大區(qū)別。從相對強度上來說，假定以電磁力為一個單位強度，則強力要比這個單位大100倍，弱力只有這個單位的1／1000，引力小到幾乎可以忽略不計：在微觀世界中，它只有電磁力的1／1040（10的40次方）！從范圍上看，引力主要體現(xiàn)在宏觀世界，其他3種基本力主要在微觀世界起作用?！ ∫苍S你并不覺得引力微不足道，至少當我們從高處墜落時，那可不是鬧著玩的。但是同電磁力比起來，它的確相當“虛弱”，比如，整個地球產(chǎn)生的引力作用在一根針上，只不過是讓
4、它在桌子上安靜地躺著，我們拿起一小塊磁鐵便能將它輕松吸起。奇特的是，引力在宇宙中卻能左右巨大星系的運轉(zhuǎn)。 對此，蘭道爾的理論模型給出了解釋：“我們假設(shè)引力存在于與我們所處的三維時空不同的另一張膜上，而引力膜和我們所在的膜之間，被第五維空間或更多維空間隔開。其他3種基本力被限制在我們的膜上，而引力則在宇宙中均勻分布。對我們這樣的三維空間來說，它的強大力量從宇宙中多維空間中‘泄漏’出來后被大大弱化了?！薄 ∪艄嫒绱?，那么五維或多維空間究竟在哪兒？它們又如何不同于我們的三維空間世界？ 為什么會有多維空間 事實上，是否存在多維空間的猜想，早在1920年就被愛因斯坦的“粉絲”德國數(shù)學(xué)家卡魯扎
5、提出過，后來經(jīng)過瑞典理論物理學(xué)家克萊茵的改進，成為“第五維度”的思想，并被后人統(tǒng)稱為卡魯扎－克萊恩理論（或ＫＫ理論）。遺憾的是，這個理論最終未能自圓其說，只能不了了之?！ 『髞?，相對論和量子理論——這兩大現(xiàn)代物理理論基石相繼誕生，有趣的是，二者之間不能通用且充滿矛盾。 愛因斯坦的廣義相對論是關(guān)于引力的理論，他認為空間是有形狀的，當沒有任何物質(zhì)或能量存在時，空間是平直光滑的，當一個大質(zhì)量物體進入空間后，平直的空間就發(fā)生了彎曲凹陷。這就像在一條繃緊的床單上放一個保齡球，床單馬上就凹陷下去，而所謂的引力就是通過這樣的空間彎曲而體現(xiàn)的。為什么地球會繞著太陽運行？因為地球滾入了太陽周邊彎曲空間的一
6、道“溝谷”。而如果物體質(zhì)量太小，空間彎曲幾乎為零，也就感受不到引力的作用。因此，人和人之間，甚至建筑物等普通物體之間的引力作用可以忽略不計。 但相對論的空間幾何形狀變化，解釋不了其他3種基本力——電磁力、強力和弱力的作用原理。在微觀世界里，空間根本就不是平滑的，無數(shù)的粒子在永不停息地劇烈運動，可見，廣義相對論的平滑空間前提在這里講不通?！ 《孔永碚搮s能解釋這3種力的行為：量子理論認為，宇宙中所有的物質(zhì)最終由數(shù)百種不同的基本粒子組成，而力則是由粒子的交換而來的。但粒子交換也不能解釋引力現(xiàn)象，因為在微觀世界里，粒子的自身質(zhì)量不僅小到幾乎沒有，還總在雜亂無章地運動，它們之間的引力又從何談起呢
7、？ 相對論和量子理論的尖銳矛盾，使科學(xué)家不得不另辟蹊徑。上世紀60年代，一個嶄新的理論——超弦理論出現(xiàn)了。超弦理論認為，在每一個基本粒子內(nèi)部，都有一根細細的線在振動，這根細細的線被科學(xué)家形象地稱為“弦”。依照弦理論，每種基本粒子所表現(xiàn)的性質(zhì)都源自它內(nèi)部弦的不同振動模式，弦的振動越劇烈，粒子的能量就越大；振動越輕柔，粒子的能量就越小。振動較劇烈的粒子質(zhì)量較大，振動較輕柔的粒子質(zhì)量較小。而所有的弦都是絕對相同的。不同的基本
