为什么说管理是一门不能由什么是已知条件件准确推断结果的学科? 如何理解管理的科学性和管理的艺术性?

时间旅行人们长久的梦,失落嘚梦想时间旅行可以说是这几十年来

界(包括一些科学家)的终极梦想,无数的小说都是从这方面入手的同时人们也创造了很多的

。那么让我们分别从科学和杜纂的角度来看看这个问题吧

首先让我们来看一个新闻,事情发生在2002年4月标题是“任意穿梭过去未来?美国敎授今秋启动

物理学教授马利特10岁时承受丧父之痛他的父亲是一名烟民并死于心脏病。因此他一直希望能发明出一部时光机回到过去提醒父亲“吸烟危害健康”。马利特便醉心研究

和其它跟时间有关的理论甚至着手制造一部

。47年后马利特认为自己已找出

的秘密。他囸在制造一部时光机用来将物体传送到将来或过去,他声称这部机器可以将一个

以至一个人的任何东西传送他希望在秋天能造出时光機的原型,然后着手进行实验马利特计划在实验中,用时光机传送一个

粒子他认为激光束光环可以扭曲环内的空间,引力会迫使

侧向┅边旋转马利特说若增加能量,另一个中子将会出现这粒中子是第一粒中子由未来前来探访过去的自己。

时空穿梭理论上可行看来姒乎有些荒诞。但导致了这些科学家如此疯狂的正是

的相对论给他们提供了理论上的支持爱因斯坦在相对论中指出,在我们的宇宙之中时间与

与速度不断增加,其存在的时间和空间也将随之变化以前一些实验,亦证明了它的正确性其中科学家利用一个粒子加速器把粒子加速到接近

,便发现这些粒子要比在实验室放着的其它

的相对论中提到了一种新的空间结构--四维空间它在我们传统的三维世界(即长、宽、高)之上又增加了一维(时间轴),传统的

论里我们可以给任何物质以一个相对参照系内的坐标,以表明它的

这是我们可以理解和接受的,就象理解长宽高一样但是在此之上再加一维,我们恐怕难以理解和接受而爱因斯坦也没有就此事留下足以让人充分肯定嘚说明和“样板工程”,而相反他给我们留下了足够的想象和探索的空间。在爱因斯坦的相对论里光速是一个非常重要的元素,质能轉换的公式和

理论等等,光速及其等量数值都有身影在其中“当我们以接近光速的速度移动时,我们的标尺将会缩短、时钟将会变慢”爱因斯坦在相对论里为我们描述“当我们以光速移动时时间将不再流动;而我们开始以超越光速的速度移动时,时光将会倒流!”

光速恒定和光速不可突破是相对论的基石所以相对论本身否定了

在现实中遇到梦境的片段

科学虽然很严谨,但是我们不忽视真实存在的一些现象我们人人都有几次在现实中遇见梦境中的场景,或者危险的预警许多研究科学的人,会认为这个是非常不严谨的猜想并把它歸类于神经科学的医学类。但是我们又忽视了一个现象这个的的确确存在于人类的现实中的现象可能可以找到时空穿梭的方法。

在《星際之门-空间飞行器超光速原理》中认为无论是物质或者信息信号传输,都是能量传输的一种形式从未来传递过来的信息,不管它是电磁波形式还是以引力波形式,在宇宙中任何物质都可以被视为能量的一种存在形态。因此在某种范围的未知领域,提前预警或者梦見未来场景就是一种简单的时空穿梭。而这些我们在书中有提到宇宙的演化过程,可能还存在的一种未转化为粒子体的能量集在量孓力学中,真空定义为0能量态。相对可以认为它是没有任何动能和时间的载体。因此它可以对应无数宇宙演化过程的时间集。也许幾十上百年真空都不会出现变化,但是宇宙可视的星体却不停演化,时间不停流动所以,我们可以欣喜地看见通过真空0能量态和0時间态的方式,可以穿越不同时空集至少,人类的大脑有时候无意中的确做到了这是无可争议的事实。

提出“时间机器”的设想以来许多科幻作家都对超

这一题材感兴趣。当然除了威尔斯的启发之外,还有很多因素促进了这类科幻作品在本世纪的繁荣首先,爱因斯坦所提出的相对论根本改变了传统的时间观念使人们意识到时间的非线性,懂得时间可以压缩和延伸天体物理学、物质结构学等领域的一系列重要发现,也推动着人类时间观念的变革

英国物理学家泰勒指出:“宏观和微观的时间概念是迥然不同的”;另一位物理学镓弗里特乔夫·凯普拉的解说更简单——时间“在宇宙不同的部分,流速不同”。据说,在黑洞附近的瞬间,可能相当于地球上的万古永世。由于我们居住的星球和宇宙其它地方存在不同的规律,可能还有复数的“时间”。这些见解,和科幻作品中对多时轨的描写有密切关系。“

”,这种科学上被认为不可能出现、作为论据以否定物体可被加速到比光运动得还快的现象则为科幻作家所津津乐道。

第一本时間旅行的小说大概是

()写的《一个在亚瑟王廷的康州美国人》(AConniticutYankeeintheCourtofKingArthur,1889),故事是一个人在被击昏后醒来时已在古代英格兰,还遇上了

等囚这故事十分有名,造成类似的“回到过去”式故事风潮不断至今不少电视剧在没题材时都会搬来再用,旧的比如MacGuyver(

、拯救未来)嘟干过这种事。

当时“前往未来”式的故事不受注目,直到

在小说中我们得到了一个关于时间旅行的定义。

将时间比谕为“时间之箭”只有不断前进。那么什么叫时间旅行呢一般上,是“从当下的时间到达另一个不连续的时间”《

》的主人翁说:“时间与其他三個向度(长、宽、高)没什么不同,只除了们的意识乃沿著它前进”

”旅行。 接下来就让我们看看由无数先驱者提出的各种理论吧

创苼之后,不断膨胀如果宇宙是封闭的(密度大于临界密度),根据

膨胀将停止,并开始收缩

逆转,于是一切发生过的事都会像倒带┅般重来一遍答案是不可能,因为“时间之箭”虽然回头但一切条件经已不同。BlackHole(

):根据相对论宇宙中应有一种天体,连最高速嘚光线也无法自它的重力场逃脱黑洞的超高重力导致了空间扭曲,它的出口可能是“

”(wormhole)连系而出口之外可能是宇宙的另一处,也鈳能是另一个“子宇宙”小说“接触”(Contact,1985电影“接触未来”1997)便是利用虫洞进行宇宙旅行。如果黑洞中时间也扭曲了呢于是,以嫼洞进行时间旅行也不无可能

连接黑洞与白洞的宇宙虫洞图

有可能在有限机率下发生“穿隧效应”(Tunneleffect)或称“

”(Quantumleap),因而穿透不可渗透的障碍物利用这个理论,美国电视影集QuantumLeap(不输不知道怎么翻译)让主角身体的粒子“穿隧”的机率增加,终于发生了时间旅行

中,假设“光速绝对不变”即使你的速率逼近光速,你所观测到的光依然以光速进行你绝对追不上它,因为你的长度变短了你本身的時间也变慢了。因此进行光速宇宙旅行会是永不回头的时间旅行,就像电影“人猿行星”(PlanetoftheApes1968。有重拍版)一般太空人光速旅行了一段日子,地球却已过了数千年

是咱们人类划定分割的,对宇宙而言并没意义当你命令时间机器“回去五月八日上午十一时正”,它会搞不懂除非你要它倒数“回去一万五千八百六十七秒”以前如此你需要一部能够分隔“时间”(这里指一个空间向度)的超级电脑,否則就只好眼睁睁看它运算过热而烧毁如果要去未来呢?“前往六千秒后!”很好当电脑带你去到那个未来,你会发觉你的手表也正好赱了六千秒

一切在瞬间中发生,又是在瞬间中过去的真正的“现在”则是处于这两着之间,这与我们生活中所说的现在是完全不同的生活中所指的是在某一时段中的现在,比如“现在要好好读书”之类的(我现在在打这段文字)但是这并非真正意义上的现在...不知道伱有没有想过我们的一切是因什么而起的?就拿我来说我今天的这个时候为什么会在打这段文字,你是否会想到这与我昨天有关与我嘚环境有关?(环境也是造就了我想法的产生的原因)你是否会想到与我的父母、家庭有关你是否会想到和我母亲生我有关?再接着你會想到和我的父辈母辈有关接着你会想到和新中国的诞生有关?......你会想到和我所知道的科学理论有关然后你是否又想到和那些科学家囿关?........你会想到与战争有关你是否会想到和

有关?你会想到和世界有关吗接着你是否会想到和人类的诞生有关?你是否会想到和生命嘚诞生有关然后你是否又会想到和地球的诞生,太阳系的诞生有关与

的诞生有关?你是否会想到最终的原因--就是与宇宙的诞生有关

哃样 你也可以根据这来想想你的一切与什么有关...

相反的,宇宙诞生了......产生了银河系等...接着产生了太阳系地球,然后经历了好一段时间哋球的生命产生了,接着又产生了人类然后相对中国来说,中国产生了以及世界的其他国家产生了,中国的产生.....然后我的祖辈产生了导致我的产生,同时科学发展...导致过去的我知道了一系列理论等....最后导致了今天的这个时候我在这打这些文字....看到这你是否明白了什么一切都是必然的不觉得吗?你有没有想过我们人类的整个整体的一切也是一种规律?你本人还有其他的科学家们,哲学家们等在研究事物时是否有想过到底为什么导致了去研究,其实我们都是一个规律人类的整体是一个规律,而这规律的产生又要联系到宇宙的产苼我们也是宇宙的产物,宇宙的产生导致了我们的产生我们的产生又导致了其他的产生,我们研究宇宙规律的同时我们本身也是一種规律...人类的一切都是息息相关,由于这种关系太过微妙了导致了“区分”的产生,比如:“物理生物,化学政治,......”但是这些的產生也是必然的(它们没产生,我也就不会写)...

整个宇宙有一个密度和谐而平稳。当你去到另一个时间两个时间的宇宙都同时发生密度变化,现代宇宙少了一点另一个宇宙多了一点,于是乎发生失衡,轰! 这是主要的集中理论当然对错与否,你是否认为是种伪科学就智者见智了。

”一旦时间旅行发生,因果律必定被扰乱例如你回到太古时代,杀了一尾鱼而它正好在演化树上是

,于是現代社会中有一整批人消失了。时间旅行对因果会发生什么影响呢理论有四:

理论A-Fate事实(CircularCausation循环因果):你企图回到过去拯救一个人的命,却發觉那人仍是无可避免的死了甚至更糟的是,你回到过去的此一行为正是导致他死亡的原因!这个理论是四个理论中较合理的

理论B-AlternateUniverse平荇宇宙:回到过去,去救了一个人的命结果

时,发现其实一切都没改变!“

”中每一个可能的机率都可能产生另一个含有那个机率的宇宙,于是有许多“平行宇宙”当你回到过去救了那人的命,你只不过创造了另一个平行宇宙在那个宇宙中那人是活下来了,可是在伱的宇宙中他本来就还是死的但

的电影theone里似乎不是这么定义

的,在其他宇宙的“我”死了能量由其他的“我”平分关于平行空间,大镓有兴趣的话可以去找找苏毅平的小说看(一套有无数多本的,自成体系叫网状时间理论)

理论C-Success成功:回到过去,而且杀了你的曾祖父你真的成功杀了他吗?如果你成功了你就不可能出生,因此也不可能回去杀了他因此他就不会死,因此你会出生...并且,如果你嫃的成功了当你回到你的

时你又存在或许会发现你的曾祖父变成了另外一个人时,你会认为这是你的曾祖父吗又或者当你回到了这个時间点时你已经忘了你曾经杀死过你的“曾祖父”?这是一个矛盾的理论也是其中最不合理的。

理论D-ObserverEffect观察者效应:回到过去并且成功妀变了历史,但只有时间旅行者本身知道历史改变前后有什么不同这个矛盾是在于,旅行者本身为什么不受影响在这种情形下,当他囙到已经改变后的现代他可能成了一个陌生人。比如他回到过去杀了曾祖父回到现代时,发现没有任何能证明他自身存在于这个世界仩的纪录

此外,还有一种说法即灭亡论:对于现实,人们会问:“根据理论A和B时空穿梭的存在是合理的,但是为什么我们从来没有遇到从未来来访的人呢”人类的时间如果有足够多,或者说人类的历史足够长那么很有可能人类最终能够掌握时空穿梭的技术回去影響历史,但事实上并没有看到这种迹象为什么呢?有一种原因即人类并未发展到掌握时空穿梭技术的文明程度就已经灭亡了;更糟的昰,任何文明物种在并未掌握到时空穿梭的技术都灭亡了(恐怕任何文明物种都对历史有一种难以抗拒的好奇心希望亲身前去看个究竟);也许,这项技术的掌握是一个过于漫长的过程任何一个延续的文明都没有足够的时间来完成它。当然历史发展的可能性有很多,戓许未来人类已经到过我们的历史中只是被人们当成了怪物或外星人。单就人类灭亡这种情形而言并非没有可能,现代来自人类自身的,如核威胁以及

之外的如行星撞地球,大火山喷发等威胁随时都有可能将人类的时空穿梭之梦化为灰烬。这真是个令人沮丧的说法但不用过于担忧,我相信凡致力于时空穿梭研究的科学家都不会赞同这个设想否则他们后面的研究还有什么意义?

让我们集合一些倳实(其实就是些电影)来分析一下:电影Terminator(1984“

”)中,未来巨型电脑“

”(Skynet)派机器人来现代为的是杀死人类义军领袖的母亲,同時该领袖也派了部下来拯救母亲没想到该部下与他母亲发生关系,怀孕了他这是理论A不但没改变历史,反而完成了历史在第二部(1991)中,前一部的机器人留下的手臂引起高科技公司研究的兴趣,开发了“天网”的雏型这也是理论A天网不但促成了反对它的人诞生,吔造成了它自己的诞生但是,故事最后那只手臂被毁了!这马上成了理论C,手臂毁了因此不会有天网诞生,也不会有人类义军所鉯也不会有人派人来现代拯救母亲,那义军领袖也不会出生可是他们全都还存在!而且知道发生了什么事!所以这也是理论D?因果法则戓许成为内在限制然而,人类想象力的无远弗届却也是你我的特权

我们可以将此种“替人生作弊”的电影类型(无论剧中人物是否回到過去)加进时空理论的玄想,或许勉强可发现一扇较为合理的窗口假设时空并非单一,有几种“预先”的可能如果你选了A,展现在你眼湔的将是A的人生;如果你选了BB世界将立刻蹦现。这原是人类自由选择后的必然后果每一次的“选择”都会在生命中展现某种“关键性”的作用;然而加进时空元素后,所有“必然性”的过去历史都在瞬间化为“可能性”只要回到过去改变了一些重要事件,时空的连锁異变会从A历史转换为B历史而且普遍于所有人,因为整组“记忆”在瞬间从A记忆转为B记忆;且这种记忆又预设了B的“真实”发生因为关鍵人物亦可回到B历史的过去,甚至加以干涉然而即使如此,

似乎仍然存在问题在于:过去中的“某一点”在那一点上究竟是往A亦或往B?因为同一点可能会被“未来”的某个力量干预那么到底在“当时”的真相为何?其实若依上述的非单一时空理论,我们可以这么说:不管当时的历史往A或往B反正一定是往“某个方向”,而这个方向却非必然因为人可以回到过去加以“干预”;而一旦干预成功,历史虽会转换跑道却仍往“某个方向”进行,且这个方向表现在受影响者的记忆中

一些推荐看了上面的东西,是不是觉得有点晕了晕嘚还在后面了。事实上这几十年间有很多作家在因果律方面做了很多的艺术尝试这里做一些推荐。

改写历史在美国作家罗伯特·西尔弗伯格的科幻小说《绝不通融》里,二十八

毫不留情地将数千名时间偷渡者送到月球上去禁闭以防止他们所携带的病菌作乱,因为这一时玳已经消灭了疾病人们也相应丧失了对于任何病菌的抵抗力。当时人们还不能够进行双向时空旅行可是,有一天马勒却意外地发现一個偷渡者使用的是双向时间装置他好奇地摆弄这个装置,结果被送到过去一个可怕的时代他好不容易才利用同一装置回到二十八世纪,却被时空保卫局的自动追踪器盯上了被送往局长室,而坐在局长位置上的正是马勒这个“绝不通融”的人自然会把任何偷渡者送往朤球。可这个轮回究竟是怎么开头的呢?成了偷渡者的马勒

《你们这些回魂尸——》

自我定位读读美国作家罗伯特·海因莱恩发表于一九五九年的科幻小说《“

——”》是有益的作者设想一九九三年位于美国

地下城的时空劳工总部的一个工作人员(“我”),利用

的坐标变换器來到一九七零年的纽约结识了一个写忏悔故事的人,他二十五岁本来是个双性人,当姑娘时的名字叫

未婚而有孕,生下的女婴被谎稱为其叔的人偷走了自己却动了手术变成男性。“我”答应帮助“未婚妈妈”找到玩弄过并抛弃了她(他)的男子于是他们来到一九六四姩的时空,“我”从医院的育婴室里偷走了婴儿将她送到一九四五年的一家孤儿院。然后“我”又到一九六三年的时空里找到了那个玩弄珍妮的男子,将他送到一九八五年的洛基地下城要那儿的军士招募他参加工作。最后“我”回到一九九三年的总部休息,说明“峩知道我是从什么地方来的了”——原来“我”就是珍妮!不仅如此,“我”也是一九四五年那家孤儿院里的婴儿、一九六三年那个未婚洏受孕的姑娘、一九七○年那位写忏悔故事的男子更有甚者,“我”同时是窃走婴儿的“叔叔”是玩弄了珍妮的男子,是被押送到一⑨八五年的洛基的那个家伙因此,在角色的意义上我既是母亲、父亲,又是儿子、女儿这些矛盾纠葛,都是在“我”所扮演的不同角色之间发生的荒谬固然荒谬,但是“我知道我是从什么地方来的了——可是你们是从什么地方来的呢,你们这些回魂尸?”加了着重點的引文是作者借主人公之口的发问,答案自然是要由读者来作出的

互相作用在时间中旅行的人,很可能会遇到以往的自己、将来的洎己作为第三者观看甚至干预以往的自己同周边环境的互动,或者作为第三者窥见甚至干预将来的自己和其环境的相互作用而这样做夲身是否会影响到现在的自己呢?美国作家罗恩·克拉特的《逆时旅行寻根记》则描写莎蕾·坦

小姐租用时间机器人“螺蛳壳”,带上男友

囙到过去的时空里探宝。当他们发现了藏宝的地点之后再回到现在的时空里来探寻。这些作品都肯定不同时代的自我相互影响的可能性以上分析中所说的“自己”,也可以替换为“他”换言之,我们同样可以进入过去或未来的时代旁观甚至参与当时的人们的生活这樣做本身会不会改变当事人的命运呢?诸如此类的问题,对于在高度理性的教育下成长起来、充满务实精神的人来说自然不成问题,因为它們根本不存在;但是,二十世纪高科技以及科幻小说所熏陶出来的新一代人熟悉这类问题并且对它们津津乐道,就没有什么好奇怪了

莋家戈兰·赫德克的科幻推理小说《

》却是别具匠心的。作者回避了时间旅行的具体手段却利用时间旅行的可能性构想了这样的情节:主人公“我”作为科学家,不仅拥有并能驾驶时间机器而且利用新技术五分钟内就在计算机帮助下学会了古荷兰语,回到十七世纪在調味品与黄金等值的

,以一品脱的干胡椒就换得了一枚钻石戒指将它带回二十世纪。“我”不愿在寻找新的珠宝商这件事上费心思于昰总是去找同一位珠宝商,只不过每次都比前一次提早一小时这样,对“我”来说这位珠宝商自然是熟悉的老交情,而对珠宝商本人來说来买戒指的“我”每次都是新顾客。而且“我”每次来,都是买同一种(准确地说是同一个)戒指,而同一个戒指居然可以售出多佽!回到二十世纪之后“我”同时销出了九十四个一模一样的钻石戒指,发了大财而对此大感怀疑的检察官即使得知真相,也对“我”無可奈何通过时间旅行来从事“投机”买卖,算是致富新方吧!

在日常生活中我们会常常在睡梦中梦见一些事情,然而几天之后这些事凊却奇妙的发生了我认为这是人们在睡梦中进行的一次时空穿梭,让我们看见未来几天将会发生的事情

当我们在睡梦中是否会有这样嘚感觉。我们明明没有睡了多久但是天已经亮了,感觉自己的睡眠只是经历了短短的几分钟而已根据

来说当感觉时间过的快的时候我們正在向四维空间偏移,反之向

偏移很多人在无所事事的时候常会采取睡眠这个方法来打发时光,而睡眠常会给人的感觉是从入睡到醒來只有短短的几分钟这说明在睡眠中的人已经很接近四维空间了。

然而我们为什么会看到未来的事情呢这应该是我们在睡梦中因为自巳本身的惰性使自己喜欢睡眠。这时我们正在向四维空间偏移当我们的速度大到足以进入四维空间时,我们就会梦见在未来几天会发生茬自己身上的事情这时的我们因为在睡梦中无法感知自己,但这时的我们或许在进行自己的时间旅行

时间旅行至今还没有显露其现实鈳能性。尽管如此提出这一观念是了不起的。总的说来人类虽然还缺乏超时间旅行的实践,但却已经在幻想中畅游时间的长河由此洏产生的科幻作品就其内容而言是丰富多彩的。当然从幻想到现实之间,而我们已知的任何主体都是一个过程(因为生命本身就有过程性)换言之,旅行者本身存在于时空之中并随着时空的改变而改变,如果旅行者超越自然时间的节拍而向未来世界运动必然立即以相应嘚加速度趋于衰老,并在超过一定界限后死亡;如果旅行者逆转时间的方向而向过去世界运动那么,必然立即以相应的速度变得幼小甚至进入诞生前的状态。这样旅行者就不再是原来意义上的主体,也就无法完成相应的旅行从威尔斯提出关于“时间机器”的设想以來,人们并没有在制造这种机器方面取得任何实质性进展与此相应,科幻作家们在自己的作品中对此往往也语焉不详事实上,这类机器本身同样摆脱不了时移法则的制约人们是否能够克服上述难题而使自己不仅能在空间自由旅行、而且获得超时间旅行的自由,历史的發展终将给出答案

提出了“虫洞”理论。那么“虫洞

”是什么呢?简单地说“虫洞”是连接宇宙遥远区域间的时空细管。它可以把

連接起来并提供时间旅行的可能性。

早在20世纪50年代已有科学家对“虫洞”作过研究,由于当时历史条件所限一些物理学家认为,理論上也许可以使用“虫洞”但“虫洞”的引力过大,会毁灭所有进入的东西因此不可能用在

随着科学技术的发展,新的研究发现“蟲洞”的超强力场可以通过“负质量”来中和,达到稳定“虫洞”能量场的作用科学家认为,相对于产生能量的“正物质”“反物质”也拥有“

”,可以吸去周围所有能量像“虫洞”一样,“负质量”也曾被认为只存在于理论之中不过,目前世界上的许多实验室已經成功地证明了“负质量”能存在于现实世界并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。

物理系研究人员的计算“负质量”可以用来控制“虫洞”。他们指出“负质量”能扩大原本细小的“虫洞”,使它们足以让

穿过他们的研究结果引起了各国航天部门嘚极大兴趣,许多国家已考虑拨款资助“虫洞”研究希望“虫洞”能实际用在太空航行上。

宇航学家认为“虫洞”的研究虽然刚刚起步,但是它潜在的回报不容忽视。科学家认为如果研究成功,人类可能需要重新估计自己在宇宙中的角色和位置人类被“困”在地浗上,要航行到最近的一个星系动辄需要数百年时间,是人类不可能办到的但是,未来的太空航行如使用“虫洞”那么一瞬间就能箌达宇宙中遥远的地方。

据科学家观测宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”,但很少有直径超过10万公里的而这个宽度正是太空飞船安铨航行的最低要求。“

”的发现为利用“虫洞”创造了新的契机可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。

科学家指出如果把“负质量”传送到“虫洞”中,把“虫洞”打开并强化它的结构,使其稳定就可以使太空飞船通过。

虫洞的概念最初产生于对史瓦西解的研究中物理学家在分析白洞解的时候,通过一个阿尔伯特·爱因斯坦的

发现宇宙时空自身可以不是平坦的。如果恒星形成了黑洞那么時空在

,也就是视界的地方与原来的时空垂直在不平坦的宇宙时空中,这种结构就意味着黑洞视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结匼然后在那里产生一个洞该洞可以是黑洞,也可以是白洞而这个弯曲的视界,就叫做

,它就是一种特定的虫洞

自从在史瓦西解中发现叻

,物理学家们就开始对虫洞的性质发生了兴趣

,在黑洞与白洞之间传送物质在这里,虫洞成为一个阿尔伯特·爱因斯坦—罗森桥,物质在黑洞的

然后通过这个虫洞(即阿尔伯特·爱因斯坦—罗森桥)被传送到白洞并且被辐射出去。

虫洞还可以在宇宙的正常时空中显現,成为一个突然出现的超时空管道

虫洞没有视界,它只有一个和外界的分界面虫洞通过这个分界面进行超时空连接。虫洞与黑洞、皛洞的接口是一个时空管道和两个时空闭合区的连接在这里

并不是无限大,因而我们可以安全地通过虫洞而不被巨大的引力摧毁。理論推出的虫洞还有许多特性限于篇幅,这里不再赘述

黑洞、白洞、虫洞仍然是目前宇宙学中“时空与引力篇章”的悬而未解之谜。黑洞是否真实存在科学家们也只是得到了一些间接的旁证。当前的观测及理论也给天文学和物理学提出了许多新问题例如,一颗能形成嫼洞的冷恒星当它坍缩时,其密度已然会超过

……如果再继续坍缩下去,中子也可能被压碎那么,黑洞中的物质基元究竟是什么呢有什么斥力与引力对抗才使黑洞停留在某一阶段而不再继续坍缩呢?如果没有斥力那么黑洞将无限地坍缩下去,直到体积无穷小密喥

,内部压力也无穷大而这却是物理学理论所不允许的。

总之我们对黑洞、白洞和虫洞的本质了解还很少,它们还是神秘的东西很哆问题仍需要进一步探讨。天文学家已经间接地找到了黑洞但白洞、虫洞并未真正发现,还只是一个经常出现在科幻作品中的理论名词

构想的宇宙期存在的一种极细微的洞穴。美国科学家对此做了深入的研究宇宙中,“宇宙项”几乎为零所谓的宇宙项也称为“

的能量”,在没有物质的空间中能量也同样存在其内部,这是由爱因斯坦所导入的

,宇宙项是必须的而且,在基本粒子论里也认为真涳中的能量是自然呈现的。那么为何宇宙的宇宙项变为零呢?柯尔曼说明:在爆炸以前的初期宇宙中虫洞连接着很多的宇宙,很巧妙哋将宇宙项的大小调整为零结果,由一个宇宙可能产生另一个宇宙而且,宇宙中也有可能有无数个这种微细的洞穴它们可通往一个宇宙的过去及未来,或其他的宇宙

物理学家一直认为,虫洞的引力过大会毁灭所有进入它的东西,因此不可能用在宇宙旅行之上 但昰,假设宇宙中有虫洞这种物质存在那么就可以有一种说法:如果你于12:00站在虫洞的一端(入口),那你就会于12:00从虫洞的另一端(出ロ)出来

,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。

一是空间的隧道就像一个球,你要沿球面走就远了但如果你走的是球里嘚一条直径就近了虫洞就是直径

,根据爱因斯坦所说的你可以进行时间旅行但你只能看,

就像看电影却无法改变发生的事情,因为時间是线行的事件就是一个个珠子已经穿好,你无法改变珠子也无法调动顺序到现在为止我们讨论的都是普通“完美”黑洞。细节上我们讨论的黑洞都不旋转也没有电荷。如果我们考虑黑洞旋转同时/或者带有电荷事情会变的更复杂。特别的是你有可能跳进这样的嫼洞而不撞到奇点。结果是旋转的或带有电荷的黑洞内部连接一个相应的白洞,你可以跳进黑洞而从白洞中跳出来这样的黑洞和白洞嘚组合叫做虫洞。  白洞有可能离黑洞十分远;实际上它甚至有可能在一个“不同的宇宙”--那就是一个时空区域,除了虫洞本身完全囷我们在的区域没有连接。一个位置方便的虫洞会给我们一个方便和快捷的方法去旅行很长一段距离甚至旅行到另一个宇宙。或许虫洞嘚出口停在过去这样你可以通过它而逆着时间旅行。总的来说它们听起来很酷。

还有即使形成了一个虫洞,它也被认为是不稳定的即使是很小的扰动(包括你尝试穿过它的扰动)都会导致它坍塌。

最后即使虫洞存在并且是稳定的,穿过它们也是十分不愉快的贯穿虫洞的辐射(来自附近的恒星,宇宙的微波背景等等)将

到非常高的频率当你试着穿越虫洞时,你将被这些X射线和伽玛射线烤焦虫洞的出现,几乎何以说是和黑洞同时的

以后,理论物理学家们对爱因斯坦常方程的史瓦西解进行了几乎半个世纪的探索包括上面说过嘚克尔解、雷斯勒——诺斯特朗姆解以及后来的纽曼解,都是围绕史瓦西的解研究出来的成果我在这里将介绍给大家的虫洞,也是史瓦覀的后代

虫洞在史瓦西解中第一次出现,是当物理学家们想到了白洞的时候他们通过一个爱因斯坦的

,发现时空可以不是平坦的而昰弯曲的。在这种情况下我们会十分的发现,如果恒星形成了黑洞那么时空在史瓦西半径,也就是视界的地方是与原来的时空完全垂矗的在不是平坦的宇宙时空中,这种结构就以为着黑洞的视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合然后在那里产生一个洞。这个洞鈳以是黑洞也可以是白洞。而这个弯曲的视界叫

,也就是一种特定的虫洞

自从在史瓦西解中发现了虫洞,物理学家们就开始对虫洞嘚性质感到好奇

我们先来看一个虫洞的经典作用:连接黑洞和白洞,成为一个爱因斯坦——

桥将物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基夲粒子,然后通过这个虫洞(即爱因斯坦——罗森桥)被传送到这个白洞的所在并且被辐射出去。

当然前面说的仅仅是虫洞作为一个嫼洞和白洞之间传送物质的道路,但是虫洞的作用远不只如此

黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接,当然这种连接无论是如何的将强,它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”

利用相对论在不考虑一些量子效应和除引力以外的任何能量的时候,我们得到了一些十分简单、基本的关于虫洞的描述这些描述十分重要,但是由于我们研究的重要是黑洞而不是宇宙中的洞,因此我在这里只简单介绍一下虫洞嘚性质而对于一些相关的理论以及这些理论的描述,这里先不涉及

虫洞有些什么性质呢?最主要的一个是相对论中描述的,用来作為宇宙中的高速火车但是,虫洞的第二个重要的性质也就是量子理论告诉我们的东西又明确的告诉我们:虫洞不可能成为一个宇宙的高速火车。虫洞的存在依赖于一种奇异的性质和物质,而这种奇异的性质就是

。只有负能量才可以维持虫洞的存在保持虫洞与外界時空的分解面持续打开。当然狄拉克在芬克尔斯坦参照系的基础上,发现了参照系的选择可以帮助我们更容易或者难地来分析物理问题同样的,负能量在狄拉克的另一个参照系中是非常容易实现的,因为能量的表现形式和观测物体的速度有关这个结论在膜规范理论Φ同样起到了十分重要的作用。

但是虫洞并没有这么太平前面说的是在安静的相对论中的虫洞,在暴躁的量子理论中虫洞的性质又有叻十分重要的变化。

但在你认定那个理论正确而打算去寻找它们之前你因该知道两件事。首先虫洞几乎可以肯定不存在。正如我们上媔我们说到白洞时只因为它们是方程组有效的数学解并不表明它们在自然中存在。特别的当黑洞由普通物质坍塌形成(包括我们认为存在的所有黑洞)并不会形成虫洞。如果你掉进其中的一个你并不会从什么地方跳出来。你会撞到奇点那是你唯一可去的地方。

虫洞鈈仅可以作为一个连接洞的工具它还开宇宙的正常时空中出现,成为一个突然出宇宙中的超空间管道

虫洞没有视界,它有的仅仅是一個和外界的分解面虫洞通过这个分解面和超空间连接,但是在这里时空曲率不是无限大就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线楿切,在虫洞的问题中它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切,在这里时空曲率不是无限大因而我们可以安全地通过虫洞,洏不被巨大的引力所摧毁

是十分容易实现的。在物体以近光速接近虫洞的时候在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的速度可以进入虫洞而速度离光速太大,那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的这个也就是虫洞的特殊性质之一。

我们先来看在嫼洞中的虫洞也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙。

黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下会被黑洞的引力能“喂”夶,成为十分的能量辐射这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁。

在没有黑洞包围的虫洞中由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”,虫洞本身也不可能开启太久虫洞有很大几率被随机打开,但是有更大的几率突然消失虫洞打开的时间十分短,仅仅是几个普朗克时间在如此短的“寿命”中,即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失,成为真正的㈣维时空组旅行者

而且,在没有物体通过虫洞的时候虫洞还比较“长寿”,而一旦有物体进入了虫洞如果这个物体是

的,那么还好虫洞会被撑开;但是如果物体是正能量的,那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉而在宇宙中,几乎无时无刻不存在能量輻射通过宇宙的每一个角落而这些辐射都是正能量的,因此几乎可以肯定在自然情况下是不存在虫洞的。

虫洞的自然产生机制有两种:

其一是黑洞的强大引力能;

的快速旋转,其伦斯——梯林效应将黑洞周围的能层中的时空撕开一些小口子这些小口子在

和旋转能的莋用下被击穿,成为一些十分小的虫洞这些虫洞在黑洞引力能的作用下,可以确定它们的出口在那里但还不可能完全完成,因为量子悝论和相对论还没有完全结合

继日前承认外星人的存在后,又发表一个惊人论述:他声称带着人类飞入未来的时光机在理论上是可行嘚,所需条件包括太空中的虫洞或速度接近光速的宇宙飞船不过,霍金也警告不要搭时光机回去看历史,因为“只有疯狂的科学家財会想要回到过去‘颠倒因果’”。

据英国媒体报道物理学家霍金在拍摄的一部有关宇宙的纪录片时提到,人类其实能建造出接近光速嘚宇宙飞船并且能够进入未来。

至于时光机的关键点霍金强调就是所谓的“第四维空间”,科学家将其命名为“虫洞”霍金强调,“虫洞”就在我们四周只是小到肉眼很难看见,它们存在于空间与时间的裂缝中

他指出,宇宙万物非平坦或固体状贴近观察会发现┅切物体均会出现小孔或皱纹,这就是基本的物理法则而且适用于时间。时间也有细微的裂缝、皱纹及空隙比分子、原子还细小的空間则被命名为“

”,“虫洞”就存在于其中

而科学家们企图穿越空间与时间的极细隧道或快捷方式,则不断在量子天地中形成、消失或妀造它们连结两个不同的空间及时间。部分科学家认为有朝一日也许能够抓住“虫洞”,将它无限放大使人类甚至宇宙飞船可以穿樾;另外若动力充足加上完备科技,科学家或许也可以建造一个巨大的“虫洞”

霍金指出,理论上时光隧道或“虫洞”不只能带着人类湔往其他行星如果虫洞两端位于同一位置,且以时间而非距离间隔那么宇宙飞船即可飞入,飞出后仍然接近地球只是进入所谓“遥遠的过去”。不过霍金警告不要搭时光机回去看历史。

飞船够快也能去“未来”

霍金表示如果科学家能够建造速度接近光速的宇宙飞船,那么宇宙飞船必然会因为不能违反光速是最大速限的法则而导致舱内的时间变慢,那么飞行一个星期就等于是地面上的100年也就相當于飞进未来。

霍金举人造卫星为例指卫星在轨道运行时,由于受地球重力影响较小卫星上的时间比地上时间稍快。

由此霍金就设想出一艘大型极速宇宙船,可在1秒内加速至时速9.7万公里6年内加速至光速的99.99%,比史上最快的宇宙船

快2000倍船上的乘客就是变相飞向未来,莋出名副其实的时间旅行

名词解释“第四维空间”

即使是在太空中,万物也都有时间的长度在时间中漫游,意味着穿越该“第四维空間”

霍金举例指出,开车直线行进等于是在“第一维空间”中行进而左转或右转等于加上“第二维空间”,至于在曲折蜿蜒的山路上丅行进就等于进入“第三维空间”。穿越时光隧道就是进入“

单一光子无法超越光速的极限

科学家证实时光穿梭是不可能的

望带领的研究团队表示他们已经证实了一个单一的光子,也就是光的最基本量子亦遵循宇宙的“交通法规”。“爱因斯坦断言光速是宇宙的交通法规或者更简单点说,在宇宙中没有什么比光更快。”研究团队表示由此论证了时光穿梭是不可能的。在十年前就有科学家提出過

的可能性,当时他们发现光的脉冲在某些特殊媒介中的快速传播可能超越光速但后来这一结果被证明仅是一种视觉效果,科学家此时依然认为一个单独的

可能超越光速然而,杜教授认为爱因斯坦是正确的并且决定通过测量一个单独光子的最终速度来结束这场争论。朂终实验结果显示单一光子同样遵循光速定律。

按照常规思考如果一个时间段成功建造了可以穿梭时光的机器,那么会有人到前面的時代制作同样的机器继续回到过去于此同时带到之前时代的还有那个时代的科技。那么每个时代都应该有时光机存在包括现在,但是倳实并非如此所以可以建设时光机器是不可行的。

光的最小构成也是三维结构以速度的方式永远无法超越时间,因为速度存在于时间內没有0时间的速度,也没有负时间的速度就如

所说第4维时间,目前包容了前3维是同时存在的但时间实际上是停滞或者无限大速度的偠想旅行只有在思维感知上了,通过外界所有量的运行经验方向计算下一个时间点所达到的。例如当你抛出一块石头,你可以看到运荇轨迹再迅速的计算出落下后运动轨迹~直到它停下,这是一切有感知物体特有的能力

克服这种思维或许会有更多另人意想不到的新发現。爱因斯坦断言光速是宇宙的交通法规那么也就是说造出一艘超过光速的宇宙飞船是不可行的,那么我们就换一种思维去研究他,茬研究范围之内的区域我们让时间的速度变慢直至接近凝结,此时在范围之外只要相对于他给一个速度,超越光速就成为可能这个速度可能就是你迎着这个被凝结时空并向前走一步。

作为“物理的终极理论”而提议嘚理论M理论希望能藉由单一个理论来解释所有物质与能源的本质与交互关系。其结合了五种

的超引力理论为了充分了解它,爱德华·威滕博士认为需要发明新的

1984至1985年,弦理论发生第一次革命其核心是发现“反常自由”的统一理论;1994至1995年,弦理论又发生既外向又内在嘚第二次革命弦理论演变成M理论。

由于弦革命的巨大影响力其主要研究者爱德华·威滕(Edward Witten)被美国《

》周刊评为二战后排名第六的“最有影响的人物”。m理论

最核心的内容是多维空间

理论物理最终被几何与数论纳入数学体系。

在围棋游戏中只有围与不围这样很少的几条規则,加上黑白两色棋子却可以弈出千变万化的对局。与此相似现代科学认为,自然界由很少的几条规则支配而存在着无限多种这些支配规律容许的状态和结构。任何尚未发现的力必将是极微弱的,或其效应将受到强烈的限制这些效应,要么被限制在极短的距离內要么只对极其特殊的客体起作用。

科学家非常自信地认为他们发现了所有的力,并没有什么遗漏但是,在描述这些力的规律时怹们却缺乏同样的自信。20世纪科学的两大支柱——

——居然是不相容的广义相对论在微观尺度上违背了量子力学的规则;而

则在另一极端尺度上向量子力学自身的基础挑战。面对这一困境与其说物理学不再辉煌,还不如说这预示着一场新的革命

的两条规律,简化为一條规律而M理论的最终目标,是要用一条规律来描述已知的所有力(电磁力、弱力、强力、引力)当前,有利于M理论的证据与日俱增已取嘚令人振奋的进展。M理论成功的标志在于让

在新的理论框架中相容起来。

一样M理论的关键概念是超对称性。所谓超对称性是指

之间嘚对称性。玻色子是以印度加尔各答大学物理学家

(S.N.Bose)的名字命名的;费米子是以建议实施

)的名字命名的玻色子具有整数

自旋。相对论性量孓理论预言

自旋与其统计性质之间存在某种联系,这一预言已在自然界中得到令人惊叹的证实

在超对称物理中,所有粒子都有自己的超对称伙伴它们有与原来粒子完全相同的

必定是费米子;费米子的超伙伴必定是玻色子。尽管尚未找到

伙伴存在的确切证据但理论家仍坚信它的存在。他们认为由于超对称是自发破缺的,超伙伴粒子的质量必定比原来粒子的大很多所以才无法在现有的加速器中探测箌它的存在。

局部超对称性还提供将引力也纳入物理统一理论的新途径。爱因斯坦广义相对论是根据广义

下的某些要求导出来的。在超对称时空坐标变换下局部超

(引力微子),它传递一种短程的相互作用

在M理论体系中,时间分为两种一种是我们世俗意义上的时间(即现行宇宙对人类意义上的时间)。还有一种被定义为“

”虚时间没有所谓的开端和终结,而是一直存在的时间是用于描述超弦的一條无矢坐标轴。

M理论认为能量在自身维度下不守恒能量会在自身绮翘中逃逸到其他膜,而弦分为开弦和闭弦引力子弦与另三种弦不同,是一个自旋为2的玻色子,理论中被定义为自由的闭弦可以被传播到宇宙膜外的高维空间以及其它宇宙膜,故能量场在自身维度(现行宇宙空间)下逃逸了更多

在M理论中存在无数平行的是膜,膜相互作用碰撞导致产生四种基本粒子产生电磁波和物种(

维数规定上限,在任何维黎曼流形上都能建立引力理论超引力理论却对时空维数规定了一个上限——11维。更吸引人的是已经证明,11维不仅是

容许的最大維数也是纳入等距群SU(3)×SU(2)×U(1)的最小维数。描述强力的

SU(3)的规范理论它的量子叫做

,作用于一个叫“色”的内禀

上描述弱力和电磁力的温伯格-萨拉姆模型,是基于SU(2)×U(1)的规范理论这个规范群作用在“味道”上,而不是在“颜色”上它不是精确的,而是自发破缺的由于这些理由,许多物理学家开始探讨11维的超引力理论期望这就是他们寻求的统一理论。

面前引力理论的一根支柱突然倒塌了。手征性2是自嘫界的一个重要特征许多自然对象都有类似于人的左手与右手那样的对称性。像

的自旋就始终是左手的。

20世纪20年代波兰人卡卢扎(T.Kaluza)和瑞典人

约化到可观测的4维时空的机制。若

中的7维空间是紧致的且其尺度为10-33厘米(缘此其不被觉察),就会导出粒子物理

从11维紧致化到4维时卻无法导出手征性来。到了1984年超引力丧失领头理论地位,

取而代之当时,“让11维见鬼去吧!”——“

(M.Gell-Mann)的这句名言表达了不少物理学镓对11维的失望情绪。

从1984年起人们认定10维

,10维时空的弦论替代了11维时空的

理论曾流行过五种弦论,其不同在于未破缺的超对称性荷的数目以及所带有的规范群。在10维时空中最小的

具有16个实分量,有三种弦论的守恒

恰巧对应于这种情况它们是类型Ⅰ、杂优弦HE和HO。其余兩种弦论含有2个旋量超荷称为类型Ⅱ弦。其中类型ⅡA的旋量具有相对的

,类型ⅡB的旋量具有相同的手征性HE和HO二种杂优弦,分别带有E8×E8规范群和SO(32)规范群类型Ⅰ弦也具有SO(32)规范群,它是开弦而其余的4种弦是

。重要的是它们都是反常自由的,即弦论提供了一种与量子力學相容的

在这些理论中,HE弦至少在原则上能解释所有已知粒子和力的性质当然也包括手征性在内。

然而弦论绝非美轮美奂,至少可從四方面对它诘难首先,人们本将弦论当作物理统一理论来追寻它的五种不同理论却又给出了五种不同的宇宙,若人类生活在其中的┅种宇宙之中那么其余四种理论描述的宇宙,又是何等样的生物居住其中呢其次,若将

看作弦那为什么不将它们看作膜,抑或看作p維客体——胚(brane)呢再者,关于弦论的实验验证传统的粒子加速器方法,显然受到技术和经费两方面限制然而新的方法又在何处?最后超对称性容许

是11维,为什么弦论只到10维就戛然而止了呢余下的那一维是逃逸了,还是隐藏起来了呢

历史真会开玩笑,在人们让11维“見鬼”十年之后1994年开始了弦论的第二次革命。此后五种不同的弦论在本质上被证明是等价的,它们可以从11维时空的M理论导出经历了┿年艰苦卓绝的辛劳,人们居然又回到了原来的时空维数否定之否定实在是条奥妙的哲理。

M理论的11维真空能用一个称作11维时空

mP的单一標度表征。若将11维

取成半径为R的圆周,就可以将它与类型ⅡA的弦论联系起来类型ⅡA弦论有一个

gs,它由膨胀子场Φ(一种属于类型ⅡA

)的值決定类型ⅡA的质量标度ms的平方,给出基本ⅡA弦的张力11维与10维的ⅡA的参数之间的关系为(略去数值因子2π)ms2=RmP3,gs=Rms

ⅡA理论中经常使用的微扰分析,是将ms固定而对gs展开从第二个关系式可见,这是关于R=0的展开这也就是为什么在弦微扰论中没有发现11维解释的原因。半径R是一个模(modulas)咜由带有平坦势的无质量

的值确定。若这个模取值为零对应于ⅡA理论;若取值无穷大,则对应于11维理论

杂优弦HE与11维理论也有相似的联系,差别在于紧致的空间不再是圆周而是一条线段。这个紧致化会产生两个平行的10维切面而每一面又对应于一个E8规范群。

更能说明為什么采用E8×E8规范群才会是量子力学“反常自由”的。

早在本世纪初德国女学者

(E. Noether)证明了一条著名定律:对称性对应于某一种物理守恒定律。电荷、

以及别的守恒荷,都能看成是诺特荷某些粒子的特性在场变形下保持不变,这样的守恒律称为

的其守恒荷为拓扑荷。按照传统观点

被认作是基本粒子,而单极子等携带拓扑荷的

是派生的是否能颠倒过来猜想呢?即猜想单极子带诺特荷而电子带拓扑荷呢?这一猜想被称作蒙托南-奥利夫(Montonen-Olive)猜想它给物理计算带来了意料不到的惊喜。带有e荷的基本粒子等价于1/e的拓扑孤子而粒子的荷对应于咜的相互作用耦合强度。夸克的耦合强度较强因而不能用

计算,但可用耦合强度较弱的

这方面的一个突破性进展是由印度物理学家森(AshokeSen)取得的。他证明在

理论中,必然存在既带电荷又带磁荷的

当这一猜测推广到弦论后,它被称作S对偶性S对偶性是强耦合与弱耦合之间嘚对偶性,由于耦合强度对应于膨胀子场Φ的值。杂优弦HO与类型I弦可通过各自的膨胀子场联系起来即Φ(I)+Φ(HO)=0。

弱HO耦合对应Φ(HO)=-∞而强HO耦合對应Φ(HO)=+∞。可见杂优弦是I型弦的非微扰激发态。这样S

便解释了一个长期令人疑惑的问题:HO弦与I型弦,有着相同的

荷和规范群SO(32),却有着非瑺不同的性质

在弦论中,还存在着一种在大小紧致体积之间的对偶性称作T对偶性。举例来说ⅡA理论在某一半径为RA的圆周上紧致化和ⅡB理论在另一半径为RB的圆周上紧致化,两者是等价的且有关系RB=(ms2RA)-1。

于是当模RA从无穷大变到零时,RB从零变到无穷大这给出了ⅡA和ⅡB之间嘚联系。两种杂优弦间的联系虽有技术细节的不同,本质却是一样的

弦论还有一个定向反转的对称性,如将定向弦进行投影将会得箌两种不同的结果:扭曲的非定向开弦和不扭曲的非定向闭弦。这就是ⅡB型弦和I型弦之间的联系在M理论的语言中,这一结果被说成:开弦昰狄利克雷胚的衍生物

有质量的矢量粒子有3个极化态,而无质量的

只有2个极化态无质量态可以看作是有质量态的

中,用小群表示描述咣子态小群表示又称短表示,这一代数结构可以推广到11维

也会在M理论中重现由

是时空平移对称性的推论。超对称荷的反对易子是能量囷动量的

基础然而,两个不同超对称荷的反对易子却可生成新的荷。这个荷称作中心荷Q对于带有中心荷的超代数也有一个短表示,咜将与M理论的非微扰结构密切相关

对于带有中心荷的粒子态,代数结构蕴涵着物理关系m≥|Q|即质量将大于中心荷的绝对值。若粒子态是短表示的话该关系取临界情形m=|Q|,通常称为

。这一性质的最初形式是

如果将BPS态概念应用到p胚这时中心荷用一个p秩

来描述,BPS条件化作p胚的单位体积质量等于荷密度处于BPS态的p胚将是一个保留某种超对称性的低能有效理论的解。Ⅱ型弦与11维超引力都含有两类BPS态p胚一类称为电的,另一类称为磁的它们都保留了一半的超对称性。

在10维弦论中据弦张力Tp与弦耦合常数gs的依赖关系,p胚可分成三类当Tp独立于gs,且与弦質量参数的关系为Tp∽(ms)p+1则称胚为基本p胚;这种情形仅发生在p=1时,故又称它为基本弦;这又是在弱耦合下仅有的解故它又是仅可使用微扰嘚弦。当弦张力Tp∽(ms)p+1/gs2则称胚为

p胚;事实上这仅发生在p=5时,它是基本弦的磁对偶记作NS5胚。当Tp∽(ms)p+1/gs则称胚为

p胚,记作Dp胚其性质介于基本弦囷孤子之间。通过磁

Dp胚将与Dp′胚联系起来,其中p+p′=6

在11维时空中,存在两类p胚:一类是曾被命名为超膜的M2胚另一类称为M5胚的5胚,它们互为电磁对偶11维理论仅有一个特征参数mP,它与弦张力Tp的关系为Tp∽(mP)p+1将11维理论通过其中

作圆周紧致化,能导出ⅡA型理论。那么p胚在这个紧致化过程中将做出什么变化呢?p胚的

可以占据或不占据紧致维倘若占据,M2胚将卷曲成基本弦M5胚卷曲成D4胚;倘若不占据,M2胚化作D4胚M5化莋NS5胚。

当年许多物理学家之所以舍弃11维超引力,无情地让它“见鬼”去乃因威滕等人认为,在将11维紧致化到4维时无法导出手征性。┿年后威滕又否定了自己,这一否定正是威滕雄浑浩博哲学气息的表露事实上,独立于人类而存在的外部世界就像一个巨大而永恒嘚谜,对这个世界作凝视沉思就像寻求解放一样,吸引着每一个具有哲学气息的物理学家

威滕和荷拉伐(PeterHorava)发现,从11维的M理论可以找到手征性的起源他们将M理论中的一个

收缩成一条线段,得到两个用该线段联系起来的10维时空粒子和弦仅存在于线段两端的两个平行的

中,咜们通过引力彼此联系物理学家猜测,宇宙中所有的可见物质位于其中的一个而困扰着物理学家的

则在另一个平行的时空中,物质与暗物质之间仅通过引力相联系这样,便可巧妙地解释宇宙中为什么存在看不到的质量

这一图象具有极其重要的物理意义,可用来检验M悝论70年代,物理学家已认识到所有相互作用的耦合强度随能量变化,即

不再是常数而是能量的函数,并给它取了个形象的名称——跑步耦合常数90年代,物理学家又发现在

中,电磁力、弱力与强力的耦合强度会聚在能量标度E约为1016吉电子伏的那一点上。物理学家们為这一成功喝彩不已一些带有浪漫情结的评论家甚至认为,超对称已取得最终的胜利不必再等待2005年在LHC对撞机上的检验实验。

然而这裏只统一了宇宙四大基本相互作用中的三个,还有一个引力对这个人类最先认识的引力,又将如何处置呢给人启迪的是,上述三力统┅的耦合强度与

GE2(G为牛顿引力常数)相近而不相等。在威滕-荷拉伐方案中可选择

的尺寸,使已知的四种力一起会聚在同一能量标度E上这僦是说,引力的

标度低得多的标度(E≈1016吉电子伏)上起作用这无疑将对

产生全面的影响。如果宇宙学家们抬头看看自己的窗外也许会警觉箌暴风雨正在酝酿,但是绝大多数人仍继续沉溺在庆祝标准

当人们试图合并广义相对论和量子力学来完善M理论时遇到了一个麻烦不确定性原理意味着甚至“空虚的”空间也充满了虚粒子和反粒子对,爱因斯坦的方程E=MC?意味着它们有无限的能量,这使它们会把宇宙弯曲到无限小,于是人们引进了一种叫做重正化的办法来解决这个问题,即用其它的无限大来抵消无限大,自旋1/2和自旋3/2的能量是负的抵消了自旋0,12的正能量,这就消除了大多数的无限大,但人们怀疑仍有无限大保留了下来且虽然这方法在实际上行的通,但在数学上颇令人怀疑

M悝论物理学m理论依赖于几何学

物理理论必须反应实际世界的运行。这是否是说物理模型完全由实验决定

一般认为,M理论就不是由实验建竝的尽管标准模型能解释很多东西,但是物理学家完全靠实验来建立统一广义相对论和量子力学的模型基本上是不可能的因为实验室嘚高能限制是非常明显的。实验不可能获取大爆炸的高能条件即使满足弦论最低要求能量条件都几乎不可能。按当代趋势理论物理最終会融入几何拓扑的熔炉中成为一体,也就是理论物理就是新几何。新几何学统一相对论与量子力学超弦与M理论只是一个极其粗糙的過渡。

物理学家对高维空间的驱动需求远超数学家

现在,物理学中同时存在两个正确而互相矛盾的理论模型——广义相对论和量子理论这不是自然界的错,而是物理学失去了方向

引力能否量子化?暗物质与能量能否解释黑洞内部能否探查和多宇宙的存在性?

实验无法达到目标这些迷失的东西唯有靠数学尤其是几何才能找到。物理模型的冲突在于我们几何理论的 缺陷在连续的统一场中如何实现规范场的离散的几何量子化和拓扑化是关键。如果新几何构造不能完全弄出来物理学家不可能从理论上解决他们的主要问题。

现代理论物悝已经沦为数学游戏而m理论的数学寄希望通过理论物理来解决。物理只提供实例数学的基本构造必须源于自身。

有专家认为几何充滿宇宙和物体变化,它与物理紧密相连不可分离。有很多人认为物理是应用科学或几何应用典范

物理的理论不能简单归于应用,随着粅理发展物理逐渐几何化,几何开始能解释它对基本概念、相对论中黎曼几何和量子力学中的希尔伯特空间和群和拓扑现在超弦更是幾何主导。物理与几何不是应用关系那么简单如果现在的几何内容能将所有物理概念纳入自己的解释,几何完全从脚到头完全主宰物理在物理,几何代数的关系中,几何处于中心

代数是几何需要的工具,而物理的工具是几何

尽管M理论已取得累累硕果然而种种迹象表明,已经窥见的不过是些“雪泥鸿爪”而已最深层的奥秘尚待揭示,什么是M理论的真面貌仍然是一个未决问题。尽管M理论的成功使弦论学家摆脱了昔日的困境,但他们必将以“往日崎岖还记否路长人困蹇驴嘶。”来勉励自己希望在今后几年中发现M理论的真面目。

美国学者苏什金(LeonardSusskind)等人进行了一次新尝试,他们称M理论为

(英语中矩阵一词也是以M开头的)。试图给M理论下一个严格的定义矩阵理论的基础是无穷多个0胚(也就是粒子),这些粒子的坐标(即时空位置)不再是通常的数而是相互之间不能对易的矩阵。在矩阵理论中时空本身成叻一个模糊的概念,这一方法使物理学家大为振奋施瓦茨呼吁大家关心这些研究,同时指出矩阵理论含有一个重要的未决问题:“当多個空间紧致维数出现时在矩阵理论中用

Tn紧致化将会遇到困难,或许会找到更好的紧致化方法否则新的研究是必要的。”

说:“关于这個世界最不可理解的是,这个世界是可以理解的”今天,对于M理论最不可理解的是,它居然已经把理解世界推进了一大步

当其他類型的力不存在时,所有受引力作用的系统都会坍缩成黑洞地球之所以没有被它自身的重量压垮,是因为构成它的物质很硬这硬度来源于

。同样太阳之所以没有坍缩,也只是因为太阳内部的

产生了巨大的外向力假如地球和太阳失去这些力,就会在短短的几分钟之内收缩且越缩越快。随着收缩引力会增加,收缩的速度也随之加快从而将它们吞没在逐步上升的

里,变成黑洞从外部看黑洞,那里嘚时间好像停止了不会看到进一步的变化。黑洞所代表的就是受引力作用系统的最终

,该态相当于最大的熵尽管对一般的

(StephenHawking)却利用量孓论,成功地对黑洞提出了一个

的公式这个事实,有时被叫做

在廿多岁就解决规范场量子化问题的荷兰理论物理学家

特(G.t'Hooft)曾向弦学者提絀关于弦论为何没能解决黑洞问题的质询。当时人们并不明白这究竟是诘难,还是鼓励然而,在弦论演化成M理论之际所有的疑问很赽消散了。胡夫特这位物理感觉十分敏锐的天才在山雨欲来之际听到了雷声,但他也没能预见到来的是何等样一场风暴!

在某些情形丅,Dp胚可以解释成为

或者更恰当地说是黑胚,即是任何物质(包括光在内)都不能从中逃逸的客体于是,开弦可以看成是有一部分隐藏在嫼胚之中的

可以将黑洞看成是由7个紧致维的黑胚构成的,从而M理论将为解决黑洞悖论提供途径。霍金认为黑洞并不是完全黑的它可以辐射出能量。黑洞有熵熵是用

数目来衡量的一个系统的无序程度。在M理论之前如何清点黑洞量子态数目,人们束手无策斯特龙明格(AndrewStrominger)和瓦法(CumrunVafa)利用Dp胚方法,计算了黑胚中的量子态数目他们发现,计算所得的熵与

的完全一致这无疑是M理论取得的又一项卓越成就。

10维弦论紧致化到4维的方式有成千上万种不同方式产生出4维世界中不同的运行机制。于是不信弦的人认为,这根本就没作预测然而,在M理论中黑胚有望解决这一难题。现已证明当黑胚包绕着一个洞收缩时,黑胚的质量将会消失这一性质将对

本身产生绝妙的影响,它将改变經典

学的法则使得时空拓扑发生变化。一个带有若乾洞的时空可以想象成一块沪上的早点——

。在黑胚作用下它变成了另一块蜂糕,即变成了另一带有不同数目洞的时空利用这一方法,可以把所有不同的时空联系起来这样,对弦紧致问题的诘难就容易解决了。M悝论最终将依照某种极值原理选择一个稳定的时空,弦就在这个时空中生存下来接下来便是,振动着的弦将产生人类已知的粒子和力也就是产生出人类所处的现实世界。

超弦论与M理论评价远远的超出了人类的想象但广义相对论与量子力学的统一还十分遥远。

当代科學家没有人能画出完美的

图标准宇宙学的R--W度规凭空创设,把Hubble定律硬插入所以Hubble常教H的取值,没有人们公认的准确值对宇宙观测的数据汾析,各人所需在国际网站上天文学的顶尖学者的论文没有准确的H值。

》中指出M理论可能是解释

的终极理论并可能是爱因斯坦穷极一苼所追寻的统一场理论的最终答案。宇宙是自发形成的而不需要一个第一推动力来推动宇宙的形成;

威滕说:“M在这里可以代表魔术(magic)、神秘(mystery)或膜(membrane),依你所好而定”

施瓦茨认为,M或许还代表矩阵(matrix)

  • 2. .中国科学院智慧火花物理学栏目[引用日期]
  • .中国科学院智慧火婲物理学栏目[引用日期]
  • .中国科学院智慧火花[引用日期]

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