美國科學家哈勃在上世紀二十年代,首次觀測到星系間的紅移現象,由此打開了近代宇宙學的大門,歷經一個世紀的發展,天文學家已經從多個方面證實宇宙現階段處於膨脹當中,而且是加速膨脹。
加速膨脹的宇宙正好可以修正愛因斯坦認為的穩態宇宙模型,因為愛因斯坦認為的穩態宇宙,在引力作用下是不可能實現平衡的,為了解釋宇宙膨脹,科學家又引入暗能量和暗物質的概念。
假設宇宙大爆炸模型是正確的,那麼我們沿著時間的反方向行進,就會發現我們宇宙在138億年前是一個無限小的點,稱之為宇宙奇點,時間和空間在這裡似乎都消失了,人類的想像力也在這裡終結,我們無法直接想像宇宙大爆炸之前的場景。
但是科學家孜孜不倦的探索精神,還是試圖窺探宇宙的終極奧秘,發展出許多高深的理論,有些理論非常邊緣化,有的甚至只能叫做假說,比如超弦理論、膜宇宙理論、泡泡宇宙假說等等。
超弦理論認為我們宇宙由細小的弦組成,這些弦以不同方式震動就構成了不同的基本粒子,該理論認為我們宇宙有十個維度;而膜宇宙理論是超弦理論的延伸,認為我們能觀測到的空間實際上處於一個四維超曲面上,宇宙最多擁有11個維度,而其他維度蜷縮在極小的空間內。
就如一根電線,當我們在很遠觀看時,電線似乎只有長度,此時電線可以理解為一維,只有當我們近距離觀看時,才發現電線有直徑有細節;高維度蜷縮在普朗克尺度內,比一個氫原子直徑還要小1億億億倍,所以我們根本感知不到高維度的存在。
根據膜宇宙理論的解釋,我們能感知的宇宙處於一個四維超膜上,而且這樣的膜還有無數個,我們可以理解為其他膜宇宙,膜宇宙理論還認為引力子是閉弦的,閉弦可以不受膜的約束,所以四種基本力當中只有引力子可以在不同宇宙膜之間傳遞,這也是引力比其他基本力弱很多的原因,因為引力的相互作用在其他維度上散開了。
如果兩個膜相互接近並碰撞,就會發生劇烈的能量釋放,在膜當中的看來就是一次宇宙大爆炸,如果相鄰宇宙膜在某個地方出現臨時的連接通道,在膜當中看來就是一個蟲洞(愛因斯坦-羅森橋)。
廣義相對論並沒有對宇宙維度做限制,但是廣義相對論認為,空間中物質和能量的分布影響著空間的曲率,如果一個空間中一無所有,那麼空間的曲率就是零,此時空間是平坦的。
蜷縮的高維空間將以什麼形式存在呢?
在1954年,義大利幾何科學家卡拉比提出一個猜想,他認為存在一個封閉,但是沒有任何物質分布的引力場;直到1976年,數學家丘成桐才證明了卡拉比猜想,而且只有卡拉比-丘成桐空間才能滿足這一猜想;該空間擁有六維維度,並蜷縮在很小的尺度內。
我們無法在三維空間中展現這個六維空間,不過我們可以想像,處在這個六維空間當中絕對是非常奇妙的,也許你在同一個地方朝不同的方向看,你可以看到你的後腦勺,看到的背部,甚至是清楚地看到你的心臟,你的血管和大腦;計算機可以模擬出這個六維空間在三維空間的投影,其中一個投影如下圖:
卡拉比—丘成桐空間的發現給物理學注入了新的活力,與超弦理論等高維空間理論不謀而合;但這些理論由於涉及艱深的數學知識,導致理論的發展極其緩慢。
比如蜷縮的卡-丘空間將對其他維度產生很大影響,並決定展開維度宇宙的性質,但是卡-丘空間至少擁有上萬種,每一種都能產生不同的宇宙規律,這麼一看似乎又回到了人擇原理,又來到了哲學的範疇。
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