科學家尋找宇宙隱藏的空間有望(圖)


【明慧網2005年1月12日】根據超弦理論 (The String Theory) ,世界上萬事萬物都是由(幾乎是)無窮小的超弦子構成,由此可以形成很多其大無外、其小無內的不同的空間。這些空間有可能同時同地存在,但人卻不能察覺。目前這個理論的最大貢獻是,在理論上統一了四大物理力-萬有引力,強核力,弱核力,和電磁力,所以又叫萬事萬物的理論(A theory of Everything)。統一物理學中的四種力是愛因斯坦生前的最後一個夢,也是令當今所有物理科學家頭疼的命題。有人認為這一理論有可能是科學和宗教(尤其是佛教)對宇宙的認識的交接點。


這是一個設想的六維空間在二維空間的投影,被稱為Calabi-Yau shape。該圖顯示了空間內部的摺疊和彎曲。空間的彎曲和摺疊有可能形成遠距離空間之間的捷徑-蟲洞學說(worm hole)。

目前,超弦理論似乎沒有試驗可以證明。但 Nima Arkani-Hamed認為他可以找到一個方法來測試超弦理論「Nature 433, 10 (06 January 2005)」(2005年1月6日出版的《自然》雜誌)。實際上指的是證明該理論所預測的宇宙中其他隱藏的空間的存在。

萬有引力被普通人認為是想當然的力,但科學家是測不到萬有引力的,因為萬有引力弱到幾乎不存在。究竟萬有引力跑到哪裏去了?超弦理論是解決這個問題的唯一希望。

超弦理論研究者 Nima Arkani-Hamed 希望粒子碰撞試驗將可以證明萬有引力漏到了另外隱藏的空間。

其他科學家認為這個試驗計算可能要幾十年,甚至是不可能的。 但Nima Arkani-Hamed, 哈佛大學的物理學家說,2008年就可以實現。這一年,他可以從歐洲核子中心大型強子對撞機那裏取得數據。如果Nima 是對的,這個試驗將是第一個科學證據支持超弦理論。

超弦理論誕生於1980左右,試圖回答物理學界長期困惑的問題,為甚麼萬有引力比所有其他三個物理力都要弱,弱到測不到。超弦理論理論學家設想,如果萬事萬物都是由非常非常小的超弦子構成,科學家就可以有一個模型統一四種物理力,並且解釋宇宙不同的空間構成,其中包括11維和26維空間。有的無窮大,有的無窮小。但遺憾的是超弦子太小太小,小到只有原子核的億萬萬分之一,難以證實。所以批評家說,超弦理論是哲學不是科學。

Arkani-Hamed希望探到超弦理論所預測到的另外空間。1998年,Arkani-Hamed發表文章說,宇宙間有的空間小到只有毫米級 (N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali Phys. Lett. B 429, 263-272; 1998)。 這麼小的空間在我們居住的三維空間根本測不到。

我們所知道的萬事萬物都被侷限在三維空間的時空概念裏,但萬有引力可能不遵守這個規律。超弦理論理論學家認為,萬有引力可能會漏到其它空間去。如果真如此,(萬有引力在觀察中的不可預測的變化也許能提示這些隱藏的空間的存在。

Joe Lykken是費米試驗室的理論物理學家,他說,這是我們這個領域的分水嶺。過去沒有人能做有關超弦理論的試驗,現在很多人都想在小範圍嘗試。

Nima是兩個伊朗物理學家的兒子,生在休斯頓,長於波士頓。他們在1979伊朗革命後返回故鄉。當宗教極端分子控制政府後,他們被迫逃到土耳其,父親也被迫轉為地下。回美以前,Nima在多倫多住過一段時間。

從小Arkani-Hamed 就喜歡物理,但不喜歡超弦理論,認為它深奧難懂。但在多倫多大學開始學習量子物理時,他轉變了,因為這個理論奠定了高能物理的基礎。他仔細地研究這一理論,覺得超弦理論屬於更高一個層次的學說,遠遠超過當今任何一種學術理論。他說,「顯而易見,這裏有很深的奧秘。」

Arkani-Hamed最後說,如果我們的試驗被證實,那將是三百年來科學界最大的發現。