多维空间：膜世界理论

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多维空间：膜世界理论



作者：求真



自古以来，在东方文化中一直流传着阴间和阳间的传说。所谓阳间，就是我们人的肉眼所能看到的这个物质世界。用现代科学的语言讲，这个空间可以用长、宽、高来描述，也就是说，这个空间是三维的。

所谓“阴间”，就是人死后“灵魂”所存在的空间，而这些灵魂是有形象的，具有类似人的形象，叫做“鬼”。在东方传说中，阴间也是一个极其丰富的世界，除了“ 鬼”之外，还有其它动物、植物、物体存在，也有各种建筑物的存在，例如古典文学作品中的“丰都城”就是一例。用现代科学的语言讲，这个空间也可以用长、宽、高来描述，也就是说，这个空间也是三维的。

三维的阳间和三维的阴间同时存在，也就是说，在同时同地存在着两个空间。这两个空间中的物体可以互相穿身而过，不受任何影响，因为他们存在于两个不同的空间。

对于“阳间”、“阴间”的传说，东方的古人是一直相信的，所以他们讲“积德”、“做好事”，免得死后下地狱。而现代很多人是不大相信的，认为这是古人科学不发达而想像出来的。现代人认为，“阴间”中的物体看不见、摸不着，连最先进的现代科学仪器也探测不到它们的存在，所以阴间是不存在的。

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，一些理论物理学家大胆提出，我们这个宇宙可能只是多维空间的一个层面(膜)。基于这个“ 多膜世界”的概念，科学家们就能够把万有引力和其它基本作用力统一起来。世界最权威的科学杂志《自然》2001年6月28日(第411卷)报导了多膜世界理论的研究进展：

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。

多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“多膜世界理论”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个卷曲的时空。

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像，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。

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。