很少有關於物理學的問題能夠像多維空間這個話題那樣引起人們的好奇之心,然而看到這個問題,作為一個物理專業的畢業生,深愛物理學的科學領域優質作者,卻有一縷無力感慢慢浸潤全身,讓我感覺從頭到腳的冰冷。
其實完全沒有什麼四維、五維甚至是更高緯度的空間,所有這樣的提法都未經實驗證實。所謂高維空間,不過是一種數學遊戲罷了。不客氣地說,如果物理學按照這樣的道路走下去,必然是一條不歸路,物理學的大廈將會崩塌。對於高維空間的爭論,是物理學的悲哀,是科學的衰落。
一、多維空間的提法是怎麼來的?
與愛因斯坦在廣義相對論中,基於三維空間和一維時間之間的關係,提出的四維時空概念不同,高維空間的概念來自弦理論。在超弦的設定中,宇宙是一個11維時空,我們只能感受到三維空間與一維時間,另外7個空間維度不見了,超弦給出的解釋是被緊化了,空間就像一張膜,緊化就是將其捲起來了, 卷到了極小不能被看到的尺度。
一共有10^500種緊化方式,每一種都對應一個宇宙,我們的宇宙只是其中的一個,這就是多重宇宙的由來。有誰能想像10^500這個數字有多大?1後面排500個0,什麼億啊兆啊都是毛毛雨,我們的宇宙原子總數也就10^80個,相比隱藏的宇宙數量,連九牛一毛都不如。
二、緣起「歐拉β函數」
1968年,那一年,有兩位年輕的理論物理學家——加布裡埃爾·韋內齊亞諾和鈴木真彥,他們都在位於瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心工作。尋找可以描述強相互作用粒子的相互作用的數學函數,他們各自獨立地翻閱數學書籍。
偶然中,他們發現了18世紀的數學家萊昂哈德·歐拉寫下的「歐拉β函數」。他們驚訝地發現,這個函數幾乎可以全部滿足描述基本粒子強相互作用所要求的的所有屬性。
到了1970年,芝加哥大學的南部一郎和日本大學的鐵雄宮彤發現,韋內齊亞諾-鈴木模型的奇妙性質的背後是振動的「弦」,而弦的振動可以解釋量子力學中所有的基本粒子。到這裡,弦理論的雛形基本就出現了。
三、一個不能被實驗驗證的理論,只能淪為數學的遊戲
縱觀歷史上除了弦理論以外,所有能夠寫進教科書的物理學理論無不經歷了這樣一個過程:歸納總結客觀現象(自然現象和實驗觀測)、邏輯推理、理論預言及實驗驗證。然而,弦理論的最大問題是無法獲得實驗驗證,而實驗才是物理學以及所有科學揚名立腕的關鍵所在。
一個不能實驗驗證的理論,永遠只能淪為一個假說。作為一個數學遊戲,這當然是無可厚非的,但為此就真的以為,弦理論所描述的那些空間真的就存在了,無異於皇帝的新裝,我看不到額外維與多重宇宙,那是不夠聰明。
四、結束語
就寫到這裡吧,不想再對玄之又玄的弦理論更多地說什麼了,一個超然物外,無法證實,也無法證偽的理論,一個跟我們的日常生活異常遙遠的理論,一個無法觸摸的多維空間,並沒有什麼實際意義。
我熱愛物理學,並不是因為它玄乎,或者能帶來什麼快感,我更願意把我有限的生命投入到凝聚態物理當中,因為它可以給我們帶來各種現代生活的應用,比如半導體、電腦、手機、網際網路、硬碟等等。
當今全球有超過三分之二的GDP來自量子力學的貢獻,更準確的說法應該是來自固體物理,加入液相後固體物理升級為凝聚態物理。
無論如何,事實決定認知,才是科學。不知道讀完本文的小夥伴們,你們怎麼看呢?