宇宙和生命-第3部分

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彼此相差超过实验精度的10倍以上。所以现在人们仍然不知到它到底应该是多少。　

　　据新科学家网站9月22日消息，法国科学家声称在不同地点测量到的万有引力常数Ｇ各不相同，是因为隐藏著的另外空间维度导致万有引力常数受到地球磁场的影响。如果这一结论被证实，将成为证实另外空间维度存在的第一个科学证据。　

　　地磁场与隐藏的维度相互作用示意图　

　　测量万有引力常数的最常用的方法是基于早在300年前英国科学家卡文迪许发明的扭摆法。1982年，一个研究组得到的万有引力常数精度为0。0128％。这一数值看起来很精确，但与其它的物理常数的精度相比却差了足有一千倍。更为奇怪的是，这与最近来自德国、新西兰、俄罗斯的一些很有名的研究组的新测量值存在著显著的差异。例如，德国标准研究所得到的数值比公认值大了0。6％，德国乌培尔达尔大学　（University　of　Wuppertal）　得到的数值却低了0。06％，新西兰计量标准实验室得到的结果低0。1％。俄罗斯一个研究组更发现了万有引力常数值随测量时间地点的变动范围高达0。7％。　

　　位于法国巴黎附近原子能委员会的科学家基恩…泊尔□比勒克（Jean…Paul　Mbelek）　和马克□拉赤责…雷（Marc　

　　Lachieze…Ray）对此提出了他们的解释，他们指出这是因为实验是在不同的地点进行的，不同地点不同的地磁场与隐藏的维度相互作用造成了引力大小常数的不同。　

　　他们研究工作的理论基础是理论物理中的弦论。在提交给《经典和量子引力》杂志的文章和欧洲天文学会在葡萄牙波尔托市的召开的一个会议报告中，他们给出了不同纬度万有引力常数的计算值。计算结果表明，磁场越强，引力常数越大，地球上万有引力常数在南北两磁极达到最大。现有的万有引力常数在不同地点的测量值与他们的结论吻合，对太阳的观测结果也与他们的理论相符。科学家们早就发现要使太阳内部的数学模型符合实验观测，他们不得不采用比公认数值更低的引力常数值。　

　　引力虽然是科学家们研究的最早的相互作用，但它同时也是科学家们了解得最少，长期以来使科学家们最头疼的一种相互作用，它的很多性质与其它相互作用力格格不入，与一些重要的物理理论如量子场论也不相容。最近对宇宙和星系的很多观测表明，引力并不能很好地解释星系和宇宙在大尺度范围的运动。在修炼界，人体起空的现象并不少见，这更是引力理论难以解释的。一些研究膜（Brane）理论的科学家认为引力也许并不是基本的相互作用。也就是说，引力只是一种外在表现，它的实质我们还没找到。　

　　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