超弦理論，人類能否尋找到高維宇宙？l Ten Dimensional Universe Appears

大家好 歡迎收看老明的頻道 這是一個非常神奇的圖案 代表高維的宇宙在三維世界的投影 這個高維宇宙就在我們的身邊 但是呢 我們看不到它 這個圖形有一個學名叫卡拉比丘流行 好萊塢電影星際穿越就試圖去還原一個高維的宇宙 高維宇宙裏的生命呢 擁有比人類高的多的科技 甚至可以通過空間中像弦一樣的東西 向過去和未來去發送信號 高維宇宙真的存在嗎 爲什麼科學家說高維宇宙與我們的宇宙可以共存呢 今天我們就來介紹一個近些年非常流行的理論 超弦理論 千百年來人們仰望星空 渴望能夠去了解宇宙運行的祕密 宇宙到底是由什麼組成的 它是如何運轉的呢 時間要回到1907年 28歲的專利局二級技術員愛因斯坦提出了一個奇妙的理論 他認爲大質量的物體 比如說太陽會造成空間的扭曲 所謂地球圍繞着太陽旋轉 其實是在彎曲的空間中不斷的下落 愛因斯坦重新定義了引力 引力其實是物體扭曲了周圍時空的一種表現 這是一個識破天經的理論 愛因斯坦以一己之力將人類的認知帶到了一個全新的高度 時間再到1919年 一位不知名的數學家 西奧多·卡魯紮成爲了愛因斯坦的超級粉絲 卡魯扎想 愛因斯坦使用了三維空間與時間來描述了重力 所以他取得了巨大的成功 如果我把空間再多加一個維度 將宇宙變成四維的會出現什麼情況呢 卡魯扎驚訝的發現 如果使用廣義相對論的數學公式來描述扭曲的四維空間 不但能夠推導出重力 而且還能多導出另一個數學式 這個數學式就是科學家一直用來描述電磁力的數學式 兩種力就這麼和諧的統一在一個方程裏了 這不就是一個大統一的理論嗎 卡魯扎就把他的研究寄給了愛因斯坦 愛因斯坦看了之後感到非常的迷惑 多出來的這個維度到底是什麼呢 但是直覺告訴愛因斯坦 這個理論很可能是正確的 兩年之後 愛因斯坦最終同意普魯士學院發表了卡魯扎的論文 在當時啊 卡魯扎的理論有點天方夜譚的味道 四維世界長成什麼樣呢 因爲人類的視覺只能呈現三維的空間 所以四維世界是沒有辦法表現的 但是我們可以通過兩個辦法來理解什麼是四維的空間 第一 想象我們把一個三維的立方體給拆開 我們可以得到立方體在兩維平面上的一個圖像 同理 我們也可以把一個四維的立方體拆開 然後在三維世界裏得到一個圖像 這個呢 就是四維立方體在三維世界裏的樣子 第二 我們可以通過投影在平面上去看一個立方體 同理 我們也可以將四維的立方體投影在三維世界和兩維的平面上 這個不斷運動的圖形呢 就是四維立方體的三維投影 現在大家就能理解爲什麼卡魯扎的理論流行不起來了 因爲四維空間似乎並不存在 人類看不見也摸不着 直到上個世紀60年代末 對宏觀世界與微觀世界的差別 人們不是更清晰 而是更加的疑惑 時間到了1970年 物理學家南部楊一郎偶然間看到一座公式 這個公式是意大利物理學家委內齊亞諾用來描述基本粒子的 南部楊一郎本能的感覺到 這個公式沒有那麼簡單 他把公式翻來覆去的計算了很多遍 突然間恍然大悟 公式所表示的粒子狀態 其實是一根弦 而且是一根不斷振動的弦 直到這個時候 弦理論纔開始冒出了苗頭 沒有人去特意的發明它 弦理論就這樣憑空的產生了 他第一次定義了宇宙中最基本的結構 弦 有開口的弦 也有閉合的弦 這些弦經過不間斷的振盪 就構成了物質的基本粒子 基本粒子繼續構成原子 原子再通過化學反應形成了分子 從而構成了我們的大弦世界 就是我們的身體 也是由無數條弦組成的 只是這些弦太小了 人類已知的科學手段根本無法發現它們 但是科學家們猜測 在一個極度微小空間的截面上 這些弦會整齊的排列在一起 因爲它們是運動的 每個弦的振動方式又不一樣 所以它們走過的路徑 也有很多不同的表現 在弦理論出現之前 根本沒有人能夠想到 我們世界的最底層居然長成了這個樣子 這是多麼讓人驚歎的一種科學推想 但是物理學家和數學家們很快就遇到了難題 在三維的空間裏 方程的解產生了一種比光還要快的物質 稱爲快子 因爲宇宙里根本沒有比光更快的物質 所以這顯然是毫無意義的 也就是說 弦理論並沒有一個堅實的數學支撐 就在人們手足無措的時候 有人突然想到 在60年前 不是有一個名不見經傳的德國學者 叫卡魯扎嗎 卡魯扎說過一句名言 把維度提高 問題就解決了 繞了一圈 人們又回到了維度的老思路上 時間來到了1970年代的末期 物理學家克勞德·洛夫萊斯 決定用逐步提高時空維度的辦法 來自洽弦理論 他把維度從三維、四維、五維 一直提高到26維的時候 他突然發現在方程裏 快子消失了 他對這樣的結果也感到萬分的驚訝 物理學家們順着這個思路 進行了大量的計算 最終人們發現 有一種描述整數和半整數自旋的超弦 超弦可以存在在十維的空間裏 而且是完全自洽的 這個方程的結果非常的優美 所以人們開始稱這種特殊的弦理論 爲超弦理論 但是很快問題又來了 前面我們講過了 單單提高到四維 都變得極爲的怪異 因爲在宇宙中 我們根本觀測不到 那有何來的十維空間呢 十維的世界在哪呢 時間進入到1995年的春天 著名的物理學家 愛德華·威騰在南加州大學 做了一場弦理論的報告 他首次將五種不同的超弦理論 結合在一起 他的報告震驚了物理界 被人們稱爲超弦理論的二次革命 這個叫愛德華·威騰的人 重新定義了我們的世界 在距今138.2億年前 宇宙大爆炸 原始的宇宙是一個十維的宇宙 由於十維宇宙的對稱結構不穩定 在爆炸後的十的-43次秒之後 分解爲一個四維的宇宙 和一個六維的宇宙 所謂四維宇宙 就是我們宏觀世界的宇宙 是指三維空間 加上了一個時間的維度 所以如果單從數學上表示 其實是三維宇宙 而六維宇宙 則不斷的坍塌 一直縮小到十的-32次方米大小 小到人類根本觀測不到 但是宏觀宇宙 與微觀宇宙 一直都是在一起的 那些構成了基本粒子的弦 也許同時也構成了六維的宇宙 六維宇宙到底長成什麼樣子呢 這就又需要數學家來構建了 1977年 著名的華裔數學家邱成桐 獨立創建了一個卡拉比邱流行 物理學家們認爲 這個三維的卡拉比邱流行 正是六維宇宙 在三維世界的投影 愛德華威騰 將統一的超弦理論 稱爲M理論 從數學上看 超弦理論真正統一了 20世紀兩個最偉大的理論 量子理論和廣義相對論 這是人類歷史上出現的 第一個大統一理論 雖然超弦理論只是一種理論 但是它帶給人們的思考卻是震撼的 科學家們推測 高維宇宙生命的智慧 很可能比人類高得多 就像電影《星際穿越》中表現的那樣 高維生命不但可以創造黑洞 作爲連接空間的橋樑 也能操縱時間 讓過去感知到未來 這些微小的高維生命 會嘗試着去操控宏觀宇宙嗎 既然高維宇宙與宏觀宇宙一樣 都是由弦構成的 當所有的弦產生共振的時候 宇宙會再次合體變成實爲的嗎 那裏到底是宇宙的起點 還是宇宙的終點 是盛大歷史的開始 還是黑暗時代的降臨呢 好了 今天的節目就分享到這裏 別忘了關注老明的頻道 我們下期節目再聊