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宇宙和生命-第3部分
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经典物理学认为，宇宙空间是三维的，可以用长、宽、高来描述宇宙中任何一个物体的位置，就像在直角坐标系中可以用（x，y，z）来描述任何一个点的位置一样。在宇宙中有无数的象银河系一样的星系，里面有无数的星体，包括无数的恒星、行星。由于恒星的质量远远大于行星，所以宇宙的质量主要由恒星决定。
然而现代科学发现，宇宙的结构还不是这样简单。在基本粒子、基本相互作用力等领域研究中，科学家们发现，我们的宇宙可能不是简简单单的一个三维空间。“超弦理论”预言宇宙还有其它7个维度的时空存在，而“膜世界”理论则表明我们人类所生存的空间只是多维宇宙的一个层面（膜）。下面介绍的是科学家对宇宙暗能量（Dark Energy）的研究成果，从另一个角度对多维空间进行了探索。
宇宙“大爆炸”理论描述了大约150多亿年前宇宙诞生的初期，巨大的能量使宇宙急剧地膨胀。后来随着宇宙的慢慢冷却，在引力的作用下宇宙的膨胀速度渐渐减小。然而令人吃惊的是，英国和澳大利亚的天文学家们独立地发现了宇宙膨胀加速的新证据。他们的研究结果刚刚刊登在英国皇家天文学会最新的月度期刊上＇1＇。
这两个天文学家小组的发现震动了科学界，因为人们一直认为宇宙中的物质所产生的引力会使宇宙的膨胀减速，而不应该是加速。这两个小组根据观测到的遥远星系中的超新星（巨型的爆炸的星体） 的亮度推断，宇宙里面充满了一种神秘的暗能量，正是这种暗能量的存在使得宇宙不断地加速膨胀。
“暗能量”的概念最早是由爱因斯坦（Einstein）提出来的，但是后来爱因斯坦把提出这个概念说成是他科学生涯里的大错误，因为它破坏了他的广义相对论的简单和优美。从那以后，“暗能量”成为科学家们争议的话题。著名的英国剑桥大学天文学家亚瑟·；斯特雷·；艾丁顿（Arthur Stanley Eddington）相信暗能量的存在，他认为暗能量把可观测宇宙的巨大与次原子粒子的微小区分开。但是大多数理论物理学家认为，暗能量看起来实在太神秘，没有必要，所以他们不愿接受超新星小组的结果。
英国剑桥大学天文学教授乔治·；艾夫斯塔休（George Efstathiou）领导的由27位天文学家组成的研究小组公布了他们发现的关于暗能量存在的强有力的证据＇2＇。他们对由位于澳大利亚新南威尔斯州赛丁市的名叫“英澳”的天文望远镜拍摄的巨大宇宙空间的25个星系的照片图案进行分析。通过比较大爆炸后150亿年后的现在宇宙的结构，和从微波背景辐射中观测到的大爆炸后30万年时宇宙的结构，“英澳”小组就能用简单的几何学原理来弄清宇宙的组成。
他们的结果表明，宇宙充满了暗能量，与以前超新星小组的结果完全一致。艾夫斯塔休教授说：“看来爱因斯坦一点也没有犯错 … 暗能量看来是存在的，而且它们的作用超过了常规物质。对暗能量的解释可能涉及到超弦理论、多维空间，甚至涉及到‘大爆炸’之前的事情。现在还没有人清楚，但理论物理学家正在研究之中。”
多维空间研究新进展：膜理论
在现代物理学研究中，为了能够把万有引力和其它基本作用力统一起来，一些理论物理学家提出，我们这个宇宙可能只是多维空间的一个层面（膜）。基于这个“膜世界”的概念，科学家们试图把万有引力和其它基本作用力统一起来。权威科学杂志《自然》2001年6月28日（第411卷）报导了膜世界理论的研究。以下为原文的部份翻译。
请设想一下，我们熟悉的这个三维空间和一维时间的宇宙被一个多重宇宙所代替，当然这超出了我们的经验。现在设想这个多重宇宙是以多层膜的形式存在于一个多维超空间。这些另外的时空可能只有原子大小，也可能无限的大。我们也许永远也不能进入这些时空，但是它们却对我们这个宇宙的物理现象产生深刻的影响。
“膜世界”迄今只是在理论物理学家脑海里被证明存在的奇异世界。虽然听起来有点异想天开，实际上“膜世界理论”是非常严肃认真的一个尝试，去解决最令现代物理学家们苦恼的问题：怎样把引力和其它三个基本作用力统一起来。
对基本粒子和基本作用力特性的最流行的解释是“标准模型”。其主要的缺点是不能把引力和其它作用力平等对待。多膜世界物理学创始人之一，哈佛大学教授尼玛阿肯尼…哈米德说：“这是非同寻常的，虽然引力是最早发现的，却是迄今了解最少的力。”与其它的夥伴相比，引力很弱。比较两个电子之间的引力与电磁斥力，引力要弱10^43倍。阿肯尼…哈米德用了一个大家熟悉的例子进一步说明：“一个普通的磁铁能够吸起桌子上的一根别针，尽管整个地球的质量都在向下拉这根针，试图阻止它被磁铁吸上去。”
然而现在的宇宙理论要求，在宇宙“大爆炸”后的一个很短时间内，所有的四种基本作用力是合一的。在这样的高能状态下，这些作用力随着宇宙的冷却，在互相分离之前，引力一定与其夥伴有相同的强度。
目前试图解决这个矛盾的主要理论是“超弦理论”，它把所有的基本粒子都用振动的一维“弦”来表示。根据超弦理论，在极小的距离（10^（…35）米）之内，引力的强度可以赶上其它夥伴。如果能探测这样小的范围，就可能发现另外7个卷曲的维度。
科学家们让两个能量极高的较大粒子互相碰撞，在碰撞产生的碎片中寻找（新的）基本粒子。如果“超弦理论”是对的，那么要想探测引力的性质，所需要的能量将高达10^16万亿电子伏特，而现在世界上最大的只有2万亿电子伏特。
巨大的能量也给理论物理学家带来了麻烦。粒子碰撞实验表明：电磁力和弱核力在1万亿电子伏特能量时可以统一起来。通过仔细调节，“标准模型”可以适用于这个“电弱”能量级别，但是无法解释观察到的弱电能量级别和弦理论所预言的10^16万亿电子伏特之间的巨大差异。物理学家们把它叫做“级别问题”。
大多数理论物理学家试图通过引进“超对称”来解决“级别问题”。这个理论提出，在“标准模型”中每个粒子都有一个镜象，它们具有不同的“自旋”这种基本特性。这些粒子的量子效应处于极高的能量级别（10^16万亿电子伏特），但是理论物理学家们发现：他们几乎完全抵消掉了，只剩下“电弱”能量级别。
1998年，在加州斯坦福大学工作的阿肯尼…哈米德、萨瓦斯迪莫泊拉斯和加艾德瓦里从另一角度考虑“级别问题”。他们设想如果引力和电弱力具有相同的能量级别，那么引力会是什么样的呢？
经过深入的研究，阿肯尼…哈米德等提出了“膜世界理论”，认为许许多多空间是以多层膜的形式存在于一个多层超空间。图示为其提出的一个模型。我们人类生存的这个膜（空间）是以折叠的形式存在的，遥远的星球在一个多层空间中看可能离我们地球只有1毫米的距离。光波只能局限在膜内传输，而引力却能够“泄漏”到其它空间，也即引力可以在其它空间传输。由于这个差别，引力在我们这个空间看起来就非常弱了。
《自然》在这篇报导中对“膜世界理论”有更详细的介绍，读者可以参阅。现在“膜世界理论”还在不断的发展之中，实验物理学家们正在用实验对“膜世界理论”的预言进行验证。
“膜世界理论”模型图
事实上，对万有引力本身，也有很多疑问。美国航天局的科学家一直疑惑不解的是，他们发射的几个宇宙飞行器逐渐放慢，偏离按照“万有引力定律”所计算的轨迹。特别是对先驱者10号轨迹的观察更是提供了直接的证据。
时空的概念是一个古老的话题，然而人类对时空的认识的过程却是曲折而又漫长。到了近代，逐渐形成了以牛顿理论为基础的经典时空理论并达到了那个时代近乎完美的程度。然而在解释电磁现象尤其是在解释光波传播时却遇到了困难，不得不引入”以太”的概念。而在实验中又观测不到”以太漂移”所带来的效果，朗朗的物理天空上蒙上了一层乌云。至此，经典物理学，经典时空论走到了顶点。一九○五年，爱因思坦的狭义相对论的提出打破了僵局，提出了革命性的新的时空概念，至一九一五年广义相对论的发表，人类对时空的认识进入了一个崭新的时代。爱因思坦的相对论可以说是一个划时代的贡献，使人类对时空的认识得到了极大的深化。然而如前所诉，在新的实验观测结果面前，爱因思坦的相对论同样遇到了难以克服的困难。
然而，时空真的像人们想像的那么复杂和不可琢磨吗？固然时空有其认识上较为复杂的一面，但它也却有容易认识的一面，问题在于采用什么样的思想和方法去认识，而这也是能否真正认识另外时空的关键所在。为什么另外时空对有些人来说是穿身而过，
近在咫尺的事，而对诸多科学家来讲却是难以望及的呢！
在中国素来有天人合一的思想，就是讲人是宇宙的一部分。如此说来，净化自己的思想对于人认识宇宙来说是至关重要的。而这一点，决不是靠纯粹发展科学所能解决得了的。因此，更新观念也就成了认识另外时空的关键所在了。
《科学》杂志介绍多维空间的存在
在普通人对另外空间的存在还或信或疑的时候，大多数物理学家已经逐渐地接受了它。《科学》（Science ）杂志在今年五月第296卷上发表了一篇题为《时空，卷曲的膜和隐藏的维度》的综述性文章，简要地介绍了多维空间的概念。
如果有人问，在环视四周时你能看到多少个维度，任何人都会回答“四个： 三个空间维度和一个时间维度。”的确，四个数字就足以描述和确定任何发生在宇宙空间的事物了。但是为什么是四个呢？
四这个数字来自何处？ 在西方科学史上，科学家们都认为这没有什么好问的，时空本来就只有四个维度。然而，当八十七年前，爱因斯坦的广义相对论把四个维度合并在一起，形成了时空这个概念的时候，科学家才意识到时间和空间并不是绝对的，宇宙实际上是有涨落，可延展的，它可以象橡皮球一样被拉长，压缩，弯曲，在某些地方空间甚至可以把自己卷曲成诸如黑洞这样的奇异天体。
文章说，在研究宇宙结构的演变时，科学家们发现，人们没有任何理由说时空必须是四维的，并且从数学的角度来说，多维的时空更容易被描述。那么他们为什么不应该存在呢？实际上，和很多人的直觉相反，许多物理学家已经证明了多维时空的存在不仅是可能的，而且为了保持对时空描述的一致性，它们必须存在。举例来说，在二十世纪七十年代，为了把相对论和量子力学统一在一起，物理学家们发明了当代物理学中最尖端的超弦理论，在这个理论中，构成我们宇宙的最基本的粒子是一些被称之为“弦”的极微小的亚原子物体。弦论同时告诉人们，我们生活的这个空间实际上应该至少有十个维度，其他六维紧紧地卷缩在一起，由于其极为微小，人们无法用通常的方法探测到它们。
文章认为，人们之所以感觉不到多维空间的存在，是因为人们的视场（Field of View ） 被限制在一个低维的膜中，而这个低维的膜被镶嵌在更高维的膜中。这些膜之间一次又一次的激烈碰撞产生了一系列的大爆炸，从而演化出多重宇宙结构来。在此之前，一篇发表在《自然》杂志2001年6月第411卷的文章也同样认为，我们这个宇宙只是多维空间的一层膜，多重的宇宙是以多层膜的形式存在于一个多维的超空间中。这些另外的时空可能只有原子大小，也可能无限大，我们可能探测不到它们的存在，但它们却对我们这个宇宙的物理现象产生深刻的影响。
西方科学到了现代才逐渐认识到了多维时空的存在，而在我们古老的东方，尤其是在修炼人的眼里，多维时空早已经不是什么新鲜的概念了。历史上有许多记载，修炼的人能够看到另外空间中存在的物体、生命，甚至有些修炼人自己还能够遁入另外的空间中。当代科学的许多发现，诸如遥视等特异功能也都一再证实了这一点。看来，要真正认识多维时空的结构与特性，人们不仅需要现代科学，而且也需要在古代东方的修炼文化中寻求更深刻的智慧。
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