廣袤的宇宙 複雜的時空 (一)

大法弟子


【正見網2001年02月15日】

《轉法輪》在「關於天目的問題」一節(pp.54)中指出:「我們現代的科學研究這個東西,還是差得很遠,和整個宇宙中存在著高級智慧星球那些生命比起來,我們人類的科技水平是相當低的。就在同時同地存在著另外的空間我們都突破不了…………物質在微粒下有分子、原子、質子,最後往下追查下去,如果每一層你能夠看到這一層的面,而不是一個點,看到分子一層的面、原子一層的面、質子一層的面,原子核一層的面,你就看到了不同空間中存在的形式。任何物體包括人身體都是和宇宙空間的空間層次同時存在、相通的。我們現代物理學研究物質的微粒,只研究一個微粒,把它剖析、分裂,原子核分裂之後再研究它裂變之後的成份。如果有這樣的儀器能夠展開,看它這一個層次中,所有的原子成份或者是分子成份在這一層中整個的體現,要能夠看到這個景象,你就突破了這個空間,看到另外空間存在的真象了。人的身體和外面的空間是對應的,它都存在著這樣的存在形式」。
可見,除了我們普通肉眼能看到的空間外,宇宙中還存在著另外的時空。對於《轉法輪》中關於時空的論述,現代科學界是有相似認識的。

回顧人類時空觀的發展,可以分為三個階段。牛頓由經典物理學的成果出發,把宇宙看成是機械的,看成是一個以固定規律運轉的精密的機器,比如地球圍著太陽旋轉,星系如同一個巨大鐘表的很多齒輪。這就是機械的時空觀,是絕對時間、絕對空間的框架體系,把時間與空間完全割裂開來;第二階段,以愛因斯坦的相對論為基礎,摒棄了牛頓的絕對時空的概念,將空時結合起來建立了相對論時空觀。對於任何一個慣性系,時間是用相對於這個慣性系靜止的、同樣構造的鐘來度量的。廣義相對論時空觀還取消了慣性系的概念,以彎曲的空間概念把物質、運動、時空聯繫在一起,否認了時間、空間割裂的思想。但是愛因斯坦的相對論是描述靜態的、孤立的、均勻分布的時空,沒有建立高維動態空時流形的物理概念,沒有分析時空結構的演變。而且新的觀測事實,如水星進動、X射線爆發源對愛因斯坦的廣義相對論發起了挑戰[1];第三階段,現代科學已經認識到我們存在的時空世界事實上是十分複雜的,決不是只存在著我們人類用肉眼可以感知到的空間。在這基礎上,人們發展了現代時空理論。

一、現代時空論及量子物理時空觀

現代時空論的觀點是宇宙是由各種不同維度的空時結構組成。高維空時流形的實質是復能量流,即空間的實質是能量流[2]。比如超弦理論認為:真實的時空是高維的,可能是10維,也可能是26維等[3]。若以10維的為例,量子力學認為一切粒子均有波動性,其波長為λ=h/p,其中p為動量,h為普朗克常數。若粒子的波長比空間尺度L大許多,則這一維必將被緊緻。根據卡魯查克萊因理論,要在緊緻後的4維時空中獲得正確的引力常數G,則其餘6維的尺度L 都要在普朗克線度lp之內(lp=h/(mp, Ec),其中分母表示動量)。由此可見,要探測餘下的這6維時空,則發射的粒子應具有大於(mp, Ec)的動量。關於量子物理時空觀,著名的量子物理學家、牛津大學教授德伊茲教授作了最好的表述,他說:「量子力學本質上是關於多個平行宇宙的解釋,有些宇宙和我們這個宇宙很相似,而另一些則很不一樣。在我們附近的宇宙可能只跟我們宇宙相差一個光子,而最遠的那些宇宙則跟我們的宇宙完全不同。」,「現實世界並不是由一個宇宙構成,但是我們只能在它的一個層面上活動。」[5]

另外近十餘年來,隨著量子物理學和廣義相對論的交匯,特別是規範場理論中對稱破缺相變的最新進展,現代宇宙學提出了許多宇宙形成假說。宇宙大爆炸理論、暴脹宇宙論和宇宙弦理論就是這些理論中很重要的一部份。例如,根據1983年A.Linde提出的混沌暴脹宇宙模型,極早期宇宙中存在著若干個空間疇,每一個空間疇將作指數膨脹,形成大小超過可觀測宇宙的微宇宙泡。每一個微宇宙泡可以演化為一個對應的宇宙,而我們生活的這個宇宙只是由其中一個微宇宙泡暴脹演化而來的[6]。

這些宇宙是連通的。根據1935年愛因斯坦提出的「蟲洞」(Wormholes)理論。蟲洞能扭曲空間,是宇宙的隧道,可以令原來相隔億萬公裡的地方變成近在咫尺。也就是說不同的子宇宙空間可通過蟲洞聯結,但「蟲洞」的引力極其大,以至於可以毀滅所有進入它的物質[7]。

二、多層面時空論

如前所述,現代科學已經認識到了多個時空的存在,並提出了以上各種理論,但是這些理論還存在很多問題。比如對於宇宙大爆炸理論,我們無法解釋0~10^-43秒之間宇宙是什麼狀態?為什麼極早期宇宙中粒子和反粒子數目不對稱?為什麼宇宙中光子數和粒子數之比為10^-9數量級[1]?1964年發現的所謂的「大爆炸火球」,在1992年後的觀測中有溫度的波動,即其密度是在密與疏之間波動,這與宇宙大爆炸理論的推論不相符。

又例如,1997年1月9日,權威科學雜誌《Nature》上的一篇關於星系分布的文章指出,超級星雲是按規則晶格排列的,每個長方形的格子邊長三億六千萬光年。據Estonia的Tartu觀測中心的J.Einasto博士報導,超級星雲的整個分布就像一個三維的棋盤。1990年2月,英國Durham大學天文學家T.J.Broadhurst和一個多國科學家組成的小組,在範圍不大的一塊天空區域向縱深觀察,觀測範圍至60億光年。他們使用一種筆心式(Pencil Beam)掃描儀器確定,星雲間是以3億光年間隔的密度按周期分布的。天文學家已經知道星系會組成片狀或絲狀的星雲,圍繞著沒有星系的空間運轉,但周期性的結構卻是非常出乎意料的。所有這些觀測結果向我們原先對宇宙的認識提出了挑戰。根據宇宙大爆炸理論,星雲應該是隨機地分布在整個宇宙中的。加州大學伯克利分校的Marc Davis博士說,如果星系的分布真的是周期性的,那麼完全可以說,我們對宇宙的早期情況實際上一無所知。

超弦理論也存在困難,比如弦論提出的量子色動力學(QCD)的標準模型能把強作用力、弱作用力、電磁力統一起來,但很難將引力也統一進去[7]。再有,是不是宇宙間就只存在這四種基本作用力?宇宙間的γ射線超能爆發就不能簡單歸結為這四種力的作用。超弦理論對此也無法解釋。另外,弦論中維數的概念本身沒有解釋宇宙演化的物理本質,它的結論是不可檢驗的(物理學家必須建造一個周長為1000光年的粒子加速器,而整個太陽系的周長才一光天)。超弦理論在物理學領域把數學工具用到了極致,被稱為「數學之舞」,把宇宙的演化變成了純「數學遊戲」,甚至失去了物理意義,成了「美學」的作品。

總之,現在人類對於宇宙、時空的認識還是很不完善的。

(待續)

北京科技界部份大法修煉者(1999年)

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