《大科技》雜誌：引力是高維宇宙的孩子
賀飛鴻/文
《大科技》，2006年03月09日。
伸出兩根手指，你能捏住多少個宇宙？
這個問題問得好像有點荒唐，不過答案卻可能超乎你的想像。
也許在你的手指之間，就存在著許多直徑不超過1毫米大小的宇宙！
這些宇宙不是我們周圍的這個廣袤的宇宙，它們無法被我們的雙眼看到，但是我們依然能夠感覺到它們的存在。
我們怎麼知道它們真實地存在呢？答案是：萬有引力。
虛弱的萬有引力
最近幾年，一個原本被認為荒謬的假說逐漸成為最熱門的物理學理論。
美國加州大學伯克利分校的阿卡尼•海門德和他的同事一起建立了這個理論(很遺憾，這個理論還缺少一個吸引眼球的名字)，用來解釋為什麼粒子物理學的經典模型能夠統一幾乎所有的力，卻獨獨除了萬有引力。
萬有引力與電磁力、核力的重大差別是力的大小。
雖然日常生活中，我們感覺萬有引力很強大，如果我們從高處自由下落，我們會摔傷。
其實，同電磁力比起來，萬有引力小得可憐。
全部地球的質量產生的引力作用在一根針上，才讓這根針在桌子上安靜地躺著，可是我們只需要拿一小塊磁鐵從上方靠近針，就能將它輕鬆吸起。
正是由於萬有引力太微弱，因此很難研究它與其他幾種基本力的關係。
在一些巨型的高能粒子對撞機上，人們通過實驗已經證實，電磁力和核力其實是一種更基本的力的不同方面。
可是，通過理論計算人們發現，要想在對撞機實驗中檢驗萬有引力是否也屬於更基本的力，需要的能量大得驚人，恐怕自從宇宙大爆炸以來還從來沒有出現過那麼高的能量。
穿越不同宇宙的引力
因此，阿卡尼•海門德建議我們，換個思路來考慮一下吧！
萬有引力是否真的如表現出的那樣微弱，還是它和其他力一樣強大呢？
是否萬有引力與電磁力和核力不同，它並非我們這個三維空間加一維時間的世界的產物？
如果萬有引力是其它更高維世界中的「孩子」，我們就只能感受到這個力的一部分影響，萬有引力比其他力微弱也就能夠理解了。
利用數學，人們可以很輕鬆地描述多維空間，不過我們人類的大腦卻無法想像超過三維的世界，因為我們的眼睛每時每刻輸入的圖像信號使我們的腦子「僵化」了。
不過，想像低維空間倒是滿輕鬆的，比如一根直線構成的一維世界。
因此，讓我們用一維世界的場景來打個比方。
光量子是負載著電磁力的量子微粒，假設它可以在我們想像的一維世界中運動，它只能向前或向後運動，因此完全束縛在這個世界裡。
在這個世界周圍，也許還有其他的一維直線構成的相似世界，可是，由於光量子無法側向移動，也就無法跳出一維世界，因此它「看」不到周圍的那些一維世界，也感受不到另一個世界的影響。
除非它成為有辦法進入二維的平面世界，它才能「看」到另外的世界，然後在自己的那個世界的報紙上宣布：「我發現了一個新的宇宙！」
但是很遺憾，光量子的性質決定了它不能超越自己的宇宙。
再來看看引力子在一維世界中的情形，它被假設成負載著萬有引力的量子微粒。
光量子無法逃離自己所處的世界，但是引力子卻可以！
理論上，引力子的作用可以超出它自己的宇宙，去影響旁邊的宇宙，讓其他宇宙也感覺到引力的存在。這是引力的特性所決定的。
現在回到我們的宇宙，三維空間加一維時間的世界裡。
從道理上說，我們不僅能感受到我們自己宇宙中的引力，我們還有可能受到其他維度的宇宙中的引力的影響，雖然那些宇宙我們無法直接看到，但是它們的引力完全能夠影響我們的世界。
高維宇宙中的萬有引力
如果萬有引力是從高維宇宙中「洩露」出來的，那麼在我們的宇宙中，它的性質與其他基本力不一樣，也就很容易理解了。
根據通常的說法，1665年牛頓從蘋果落地現象中受到啟發，產生了萬有引力的概念，用來描述不同物體之間的吸引力。根據通常的說法，1665年牛頓從蘋果落地現象中受到啟發，產生了萬有引力的概念，用來描述不同物體之間的吸引力。
科學家長期以來認為萬有引力是基本的力，而且性質不會變化。
不過，阿卡尼•海門德現在開始提問了：「我們有什麼理由認為萬有引力是基本的、性質沒有變化的力呢？要測量萬有引力，物體之間的距離不能低於毫米級，否則就太微弱了。難道萬有引力不會和其他力一樣，在很小的距離中也是很強大的嗎？雖然我們目前還無法測量，但不能排除這個可能。」
「我們測量的微觀世界的物體質量越小，彼此之間距離越短，電磁力的效果就越大，完全掩蓋了萬有引力的作用。其實，沒有人知道在非常短的距離上，萬有引力到底是如何運作的。」
阿卡尼•海門德覺得，人們過去對萬有引力的描述至少在微觀距離上是沒有證據支持的。
我們知道，在三維空間的世界裡，萬有引力遵循平方反比律：兩個物體之間的距離減半，它們之間的引力就增加到原來的4倍；距離減少到原來的1/3，引力就增加到原來的9倍。
然而，在理論上的一個四維空間中，萬有引力將遵循立方反比律，每增加一個維度，遵循反比律的力也增加。
因此，在高維世界中，萬有引力可能是很強大的，而且完全可以和電磁力、核力統一起來。
只是當它「洩露」了一部分給我們的低維宇宙時，力量變弱了。
捲曲的維度
那些產生了影響我們的引力的高維宇宙在哪裡呢？它們遠在天邊嗎？從理論上講，十分有趣，它們就在我們的身邊，甚至就在我們的指尖上！
在我們習慣的三維世界中，三個空間維度能夠無限延展。
可是，在高維宇宙中，增加的維度將不得不被限制在一定的狹小空間中，讓我們無法觀察到。
還是讓我們以一維宇宙來做個比方吧。
回憶一下那個設想中的一維世界，世界的成員只能向前或者向後運動。
不過，如果一維宇宙旁邊有隻微型蒼蠅，它就可能會看到第二維，它也許會發現，那個一維世界其實是一根電線，蒼蠅可以順著電線截面的周長爬一圈，回到出發點，電線截面的周長就是一個新增加的維度。
這隻落在電線上的蒼蠅屬於二維世界，它可以順著電線的延伸方向做前後運動，也可以繞著電線做圓周運動，只是這第二維非常小，是捲曲的，必須距離很近，才能看到。
而對於一維宇宙的成員來說，他們無法看到那多出來的一維。我們自己的宇宙也許與這個設想圖類似，也存在許多捲曲的維度，只是我們難以發現。
幸好引力的奇特性質向我們洩露了高維的秘密。
如果人們想通過高能粒子對撞機研究萬有引力的性質，可能會製造出比我們的世界多兩個維度的空間，這樣的高維空間會很小，比1毫米直徑還要小許多，只有在這樣的條件下，萬有引力的效果才容易被觀測到。
最近，已經有相關的實驗來測量短距離尺度的萬有引力常數。雖然數值並沒有顯著的增加，但是新測量的萬有引力常數確實和我們過去使用的數值有出入。
如果實驗能夠研究的空間尺度更小，也許將證明阿卡尼•海門德的新理論。
這其實也說明，「洩露」出引力的高維宇宙如果存在，尺度是非常微小的。
（新浪，科學探索，圖片來自網絡）
引力究竟是一種微觀力？還是一種宏觀力？
文/傲覽千古
伽利略的重力論以及牛頓的動力學，都對引力進行了唯象的數學表述。
但是，對於「引力的緣由」，驚人的「超距作用」，以及「第一推動」等等諸如此類的問題，牛頓對此果斷的回答是：「我不需要假設」。
愛因斯坦另闢蹊徑，他設想牛頓的引力場源所擁有的巨大質量，已經把緊鄰的周圍四維時-空的空間強行扭曲了，相比之下處於這種彎曲時-空場中的那些相對場源質量而顯得質量渺小，以致微不足道的物體，則是沿著這種彎曲時-空引力場中的短程線作加速運動。
這就是愛因斯坦引力時-空場論（俗稱的「廣義相對論」）給出的引力幾何化的模型。
那麼對於引力的超距作用，愛因斯坦又是如何處理的呢？
為此，他把引力看作是電磁力的一種，引力場是通過引力波傳播，第一個提出「引力波就是光波，它的傳播速度也是每秒30萬公裡」的著名假設。
不過，截至目前尚未得到確定的肯定或者否定。
20世紀發展出的標準粒子模型，是現代物理學中最強大的理論模型，它是遵從費米-狄拉克統計的、半整數自旋的費米子和遵從玻色-愛因斯坦統計的、整數自旋的玻色子的統一稱謂。
其中，費米子就是組成物質的粒子，而玻色子則是傳遞物質相互之間的各種作用力的交換子。
玻色子的規範變換是一個稱為「規範群」去描述的，電磁相互作用的規範群是U(1)，電弱作用的規範群是SU(2)×U(1)，強相互作用的規範群是SU(3)。
所以精確地表述了自然界的三種基本力的實驗預測的規範群為SU(3)×SU(2)×U(1)。
在標準粒子模型的影響下，愛因斯坦引力光波假設被後起之秀的理論物理學家進一步細化，認為具有一定質量的物體之間，是通過交換引力子才使得彼此發生相互吸引。
引力子是一種的玻色子，傳播靜引力場吸引作用的引力子，和靜電場中的虛光子類似，都是一種不遵守各種守恆定律的虛粒子，它是一種永遠不能直接檢測到的，但又是可檢測到其物理效應的場量子。
即使將歷儘快一個世紀的時間過去了，引力子的存在性依舊尚無定論，它一次又一次地挫敗了各國實驗物理學家的所有嘗試，任憑威猛強大的標準粒子模型怎樣用盡渾身解數，偏偏就是搞不定引力。
荷蘭弦理論家愛瑞克·韋爾蘭德（ErikVerlinde）於2009年提出引力是一種宏觀力，提供了另外一種可能的假說來描述引力的來源。
根據韋爾蘭德的推導，他得出的結果是引力不是一種基本力，而是一種宏觀力，來源於熵力，本質上與彈性力、壓力等相同。
同時也表明質量和慣性也是宏觀現象。
他認為，引力的現象是由於兩個質量物體之間的全息表面的熵（平均信息量）的改變導致系統能量改變所引起的。
根據他的理論，全息原理和量子力學才是基本原理，而牛頓和愛因斯坦的理論，全都是一種可以推導出來的唯象理論。
他也通過統計物理與全息原理，推導出了牛頓萬有引力定律與愛因斯坦理論。
中國物理學者和民科跟風很快，中國大陸的這類論文很垃圾，不論這些文章是擁護的，還是批評的。皆被世界知名的捷克科學博客Motls物理學家指責為是一種低俗的、媚俗的、遊行的花車樂隊，缺乏含金量，言之無物，就是喜歡招搖過市，譁眾取寵！
如同「Made-in-China」一樣，是「世界偽劣產品」的標識。
對引力場論一向都無所貢獻的知名人士、中科院的李淼把這個沒有給中國人留情面，敢於直言不諱，指名道姓地批評的物理學家，責斥為是西方慣有的科學沙文主義學者表現。
言歸正傳。
愛瑞克的這種說法有沒有事實根據呢？
當我們在問：引力究竟是一種微觀力？還是一種宏觀力的時候，其實就是等於在問：慣性質量究竟是一種微觀物理量？還是一種宏觀物理量？
為啥在世界各國物理學家在實驗上沒有發現過「基本質量」，而能發現「基本電荷」呢？
假如引力是自然界中的一種基本粒子作用力，還不是一種宏觀的唯象作用力，那麼在實驗上物理學家就一定能夠發現自然界中存在著一種普適的、唯一的「基本質量」！
引力波至今無法被探測到這個基本事實，是否這就是在實驗上已經宣判了「引力質量」，「引力波」，「引力子」等諸多系列的物理量，都不是微觀物理量，統統都是宏觀物理量？
另一方面，牛頓的引力的超距作用本身暗示了引力的非物質性呢？
此外，愛因斯坦的n維時-空引力場論能夠把引力幾何化，是否也在明示引力不是一種自然界的基本作用呢？
「引力子」是引力以太的一種變形嗎？
傳遞電磁作用的麥克斯韋的橫波以太，被愛因斯坦的相對論否定掉了；
傳遞引力作用的愛因斯坦的橫波以太，是否也應該被否定掉呢？
雖然愛因斯坦晚年認為至少理應復活引力以太。
標準粒子模型在理論期望能夠交換引力作用的引力玻色子，儘管在實驗上已是眾裡尋他千百度，依舊了無蹤影事實本身，是否在反面已經證實了引力不是一種交換力呢？
也是在訴說同一個故事：「引力不是一種微觀力，而是一種宏觀力」呢？
至少愛瑞克在世界上第一個勇敢地率先否認了引力是一種微觀力的傳統假設，而認為它是一種宏觀力，姑且不論引力是否真的是他所聲稱的「熵力」。
我們不妨把引力和其它四種力：電力，磁力，弱核力，強核力相比，除了只有引力無法被任何物質所屏蔽掉之外，其餘的四種力都能不同的物質所屏蔽掉。
均勻引力場可以被勻加速運動所消除掉；不均勻引力場可以被不均勻加速運動所消除掉。均勻引力場可以被勻加速運動所消除掉；不均勻引力場可以被不均勻加速運動所消除掉。
而電力場，磁力場，弱核力場，強核力場則統統都不能被任何形式的運動所消除掉！
尤其是相對論的洛侖茲四維時-空變換群只對引力場徹底失效；
而對電力場，磁力場，弱核力場，強核力場一概有效，如此眾多的這些顯著差異，都在明確地宣告引力場不是自然界中的基本物理場，而是一種典型的唯象物理場之一！
直言之，引力很可能不是自然界中的基本自然力之一，至少它決不是一種勻速交換力，是不是必須理應將它從自然基本力的名單上除名呢？
沿襲古希臘完美主義理想而追求盡善盡美的理論物理學家，喜歡用物理學幾何學的眼光來審視引力場和其它物理場（諸如，電力場，磁力場，弱核力場，強核力場等等）之間在數學幾何學上的深刻而又重大的差別。
對於引力場和其它物理場之間在現實世界中的種種顯著不同的實驗現象上的差別，他們往往會站在更高的數學理性主義立場上去評判，而不是站在更低的實驗操作主義立場上去決斷。
20世紀物理學所作出的偉大顯赫的貢獻之一就是大名鼎鼎的量子標準模型，創立了「無窮維的希爾伯特泛函量子幾何學」，它斷言物質由費米量子所組成，傳遞物質相互之間的各種作用力的交換場量子是玻色子。
這種「無窮維的希爾伯特泛函量子幾何學」的標準模型很強大，成功地將自然界中的電力場，磁力場，弱核力場，強核力場統一在規範群SU(3)×SU(2)×U(1)的旗下，讓20世紀的現代物理學徹底地刷新了17-19世紀近代物理學的總和。
20世紀物理學所作出的另外一個平行無交叉的偉大顯赫的貢獻之一就是愛因斯坦的廣義相對論，創立了「N維的偽黎曼引力時-空流形幾何學」，把宇宙間普遍存在著的引力場表述在在非線性愛因斯坦時-空群中。
它斷言浩瀚宇宙中天體都是沿著彎曲時-空場中的短程線做加速運動，從而創建了現代宇宙學，徹底刷新了17-19世紀近代物理學的哥白尼-伽利略-笛卡爾-牛頓的宇宙學。
20世紀物理學家創建的「N維的偽黎曼引力時-空流形幾何學」和「無窮維的希爾伯特泛函量子幾何學」成為現代物理學的兩大核心幾何學。
從物理幾何學的角度看，「N維的偽黎曼引力時-空流形幾何學」比較單純，它只代表一種物理幾何學；
而「無窮維的希爾伯特泛函量子幾何學」則是由數種不同種類的物理幾何學所構成。
比如，薛丁格量子力學是「無窮維的伽利略泛函量子時-空幾何學」；狄拉克量子力學是「無窮維的閔科夫斯基泛函量子時-空幾何學」等等。
引力場是用「N維的偽黎曼引力時-空流形幾何學」來表述的；
而其它物理場（電力場，磁力場，弱核力場，強核力場等等）則是用「無窮維的希爾伯特泛函量子幾何學」。
如果理論物理學家試圖將二者統一起來的話，顯而易見的是這種技術方案只有一種：這就是把「N維的偽黎曼引力時-空流形幾何學」發展為「無窮維的偽黎曼引力時-空泛函幾何學」，將它歸併在「無窮維的希爾伯特泛函量子幾何學」的門下，再增加一種物理泛函幾何學。
然後，試圖發展出抽象統一的「凱雷-克萊因泛函幾何學系統」，把現有和將有的所有物理泛函幾何學一網打盡！顯然，這是一個可操作的、行之有效的技術方案。
可是，物理幾何學不同於數學幾何學，即使在技術上理論物理學家可以完成這種大統一的無窮維的物理泛函幾何學。
然而，大自然會把電力場，磁力場，弱核力場，強核力場和引力場統一起來嗎？
其標準量子模型之所以能夠將電力場，磁力場，弱核力場，強核力場統一地用費米量子和玻色量子來完美表述，不是物理學家所創造出的「無窮維的希爾伯特泛函量子幾何學」非常強大，而是大自然中的電力場，磁力場，弱核力場，強核力場原本就是統一的，物理學家是這種統一的發現者；決不是這種統一的創造者！
所以物理學家才能夠用洛侖茲時-空群統一地描述電力場，磁力場，弱核力場，強核力場，其洛侖茲時-空變換群的普適有效性在於大自然中電力場，磁力場，弱核力場，強核力場原本就是統一的物理場。
愛因斯坦錯誤地認為線性的洛侖茲時-空變換群雖然在非線性的宏觀引力場中不成立，但是它能夠在無窮小的局部引力場中成立。
這種流行的錯誤觀點由來已久，以訛傳訛，很少看到物理學家對此提出異議，不論是世界知名顯赫的大物理學家，還是默默無名的小物理學家。
從數學幾何上看，即使是非線性時-空的無窮小引力場空間內，依舊保持著嚴格的非線性，絲毫都沒有被弱化為線性空間。
所以，認真地說來，其n維線性洛侖茲時-空變換群，其實不管它是在任意大的引力時-空場中，還是在任意小的引力時-空中，一律都不能成立的！
因此，理論物理學家和實驗物理學家首先要關注的是，在大自然中，其電力場，磁力場，弱核力場，強核力場和引力場是統一的嗎？
其次，理論物理學家和實驗物理學家要關注的才是，在大自然中，其引力場是一種微觀的量子場？還是一種宏觀的唯象場？
已知的是電力場，磁力場，弱核力場，強核力場本質上一律都是微觀的量子場。
即使是宏觀表面上唯象的電力場，磁力場，弱核力場，強核力場，由於在自然界中是固有的一種微觀的量子場，所以它們一概都能被量子化。
數目眾多，種類繁雜的各種量子實驗，也證實了宏觀表面上唯象的電力場，磁力場，弱核力場，強核力場在本質上統統都是確定無疑的微觀的量子場。
反觀宇宙間宏觀表面上普遍存在著的唯象引力場，在物理本質上是一種微觀的量子場？還是一種宏觀的唯象場？
這決定理論物理學家所構造的「無窮維的偽黎曼引力時-空泛函幾何學」是真實的一種物理幾何學？還是一種純粹和物理幾何學全然無關的一類數學幾何學，等同於亞里斯多德的地心天球坐標幾何學；等同於哥白尼的日心天球坐標幾何學；銀心天球坐標幾何學…等等。
假如引力場在自然界中，原本就不是什麼一種微觀的量子場而是一種宏觀的唯象場，那麼所有形形色色的各種量子化的引力場理論，一律都是物理學家一廂情願的鏡花水月而已，不過是人心對大自然的臆造，或者捏造罷了。
（傲覽千古的博客，圖片來自網絡）2010-03-18)，圖片來自網絡））））））））））