科普 |《超越時空》：通過平行宇宙、時間捲曲和第十維度的科學之旅 скачать в хорошем качестве

科普 |《超越時空》：通過平行宇宙、時間捲曲和第十維度的科學之旅

一次愉快清心的現代物理學旅行，讓我們比以前離宇宙更近。 聽書筆記  《超越時空》（Hyperspace）的作者加來道雄，是美籍日裔物理學家，紐約市立大學城市學院理論物理學教授。他創作了《超越愛因斯坦》、《量子場論》和《超弦導論》等科普圖書，還曾擔任廣播電臺科學節目的主持人。   本書從超空間的研究歷史出發，講述了超空間理論的最新成果，探討了利用超空間穿越時空的可能性，從一個新的視角向我們展現了現代物理學和宇宙學研究的奇妙世界。   第一部分，三位科學家對超空間理論進行的早期探索。   黎曼的貢獻：十九世紀，數學家黎曼爲了探索電、磁和引力的奧祕，引入了高維空間理論。黎曼認爲，“力”是幾何的結果。他推斷，電、磁和引力是由我們的三維宇宙在看不見的第四維中起褶皺導致的。因此，超距作用的力並不存在，力只是幾何發生畸變以後導致的結果。   愛因斯坦的貢獻：愛因斯坦創立相對論時，也想到了用純粹幾何的方式解釋力的概念。愛因斯坦認爲，引力是空間彎曲造成的錯覺。但是愛因斯坦缺乏數學方法來描述自己的發現，直到意外地看到了黎曼的理論，他用黎曼的理論重新闡述相對論，由此創立了廣義相對論。   卡魯查的貢獻：卡魯查用五維的黎曼理論來揭示相對論和麥克斯韋場的關係，這時黎曼度規張量可以排成一個五乘五的棋盤，位於這個“棋盤”左上角的16個數排成的四行四列實際上就是愛因斯坦原先的四維度規，而第五行和第五列就是麥克斯韋的電磁場。也就是說，卡魯查通過簡單地把麥克斯韋場加到愛因斯坦場中，將兩者重新組合成一個五維的場，從而將二者統一起來。   怎麼理解第五維呢？卡魯查給了一個聰明的解釋，他說更高的維不同於別的維，它坍縮了，坍縮到一個連原子也不能放置的小範圍之內。或者說第五維的尺度太小了，它在實驗上是不可觀測的。遺憾的是，在20世紀二三十年代，由於大多數物理學家們不相信第五維存在，卡魯查理論暫時就被人淡忘了。   第二部分，如何理解超弦理論和神祕的十維空間？   夸克和電子被稱爲基本粒子，基本粒子是一切物質的基本單元。超弦理論認爲，在每一個基本粒子內部，都有一根細細的線在振動，就像小提琴琴絃的振動一樣，這些細線被科學家形象地稱爲弦。   琴絃的不同振動模式能彈出不同的音樂，粒子內部的弦也有不同的振動模式。只不過這種弦的振動不是產生音樂，而是產生一個個粒子。不同粒子的性質由弦的不同振動行爲來決定。   根據數學上的推導，超弦理論所允許的空間維數是10維。也只有在這樣的高維空間中，才能夠統一所有物理學定律。實際上超弦理論也是卡魯查理論的發展，但是空間維度進一步擴大了。相對論和量子力學在我們的三維空間裏，就像兩塊互不相干的碎片，永遠也拼合不到一起。但如果我們把空間“向上”擡一擡，把宇宙變爲十維空間，相對論和量子力學這兩塊看似互不相干的碎片就會令人震驚地結合到一起。   按照超弦理論，在宇宙大爆炸之前，我們的宇宙實際上是一個完美的十維宇宙。但是，這個十維宇宙是不穩定的，它最終分裂爲兩部分，產生了兩個分開的宇宙，一個是四維宇宙，另一個是六維宇宙。六維宇宙劇烈地收縮，直至收縮到幾乎是無窮小的地步。這個理論預言，我們的宇宙，有一個孿生兄弟，即一個伴隨宇宙，它蜷縮成六維小球，因爲尺度太小，很難被觀測到。   第三部分，如何實現在超空間中的旅行？   按照超空間理論，宇宙是十維的，也就是說在我們的三維空間之外還存在其他的空間。我們的宇宙只是無窮多個平行宇宙中的一個。我們可以將這些宇宙比作漂浮在空氣中的一羣巨大的肥皂泡。通常這些“氣泡”是分離的，但是，連接這些平行宇宙的蟲洞可能是存在的。通過蟲洞人類就有可能在不同的“氣泡”間穿行。   利用超空間理論，物理學家可以精確計算出製造蟲洞和建造時間機器所需的能量。只是這個能量太大了，比我們在地球上所能收集的所有能量還要大很多倍。人類要創造出駕馭超空間的技術，操控這樣大的能量，可能還要等上幾百年，甚至上千年的時間，或者幸運地遇到掌握了超空間旅行技術的地外文明外星人的幫助。   人類作爲一個生物物種，生存面臨多重威脅。且不說地球、太陽系，甚至宇宙都是有壽命的，就是核戰爭、小行星撞擊、冰河期和超新星爆炸也會危及人類的生存。然而在目前我們所能探測的宇宙範圍內，除地球之外還沒有找到任何適合人類生存的星球。科學家們相信，像地球一樣適合人類生存的星球是存在的，只是距離我們十分遙遠，或它們存在於平行宇宙之中。因此我們要到達那裏，通過超空間可能是唯一的選擇。人類能否主宰自己的命運，超空間理論給我們指出了一個方向，但要實現這個願望人類還要繼續努力。 解讀 | 若風 資深圖書出版人，經管社科類暢銷書策劃編輯。 播音 | 張煜 策劃編輯 | 陳豔