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文|赵金剑
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美籍华裔科学家、世界著名数学家丘成桐,通过多年的理论研究,为超弦理论贡献了相当重要的理论支撑。
他貌似证明了,宇宙应该是由十个维度组成的。他认为我们人类只能理解四维时空,剩下的六个维度也在一个名叫“卡拉比-丘流形”之中。
今天就来看看,人类认为无限接近于真实宇宙的理论,长什么样。
(丘成桐)
超弦理论的存在,目的就是将经典力学和量子力学结合在一起,用来认知宇宙的“大一统理论”。虽然截止目前,超弦理论都被认为是假说,但却不是胡说,其很多结论都是通过计算得来的。
这就特别像黑洞的研究过程。当初天文学家就猜测,宇宙之中应该有一种质量特别大的天体,其引力让光速也无法穿越,并为其取名为“暗星”。
后来黑洞还真的就被发现了。如果当时大家都不信,都觉得这是胡说,那一定在摇篮里就扼杀了黑洞,这个与宇宙天体运动息息相关的天体的存在。
(真实的黑洞)
超弦理论揭露的,不止是我们这个宇宙的真实面目,也揭露了“平行宇宙”的存在。
超弦理论认为,宇宙的一切,包括微观粒子、能量等等一切在内,其本质都是“弦”,类似橡皮筋一样的存在。
说到这可能觉得有些抽象。什么是弦?这是超弦理论提出者通过计算算出来的一个“图像”。就比如我们,只要看到直线的公式,就知道它的图像就是一条直线。
弦也是这样,科学家算出来之后一看——这不就是一条“橡皮筋”吗?
(超弦理论)
现代物理学界普遍认为,如果现在人类有那么一个理论,最接近宇宙的真相和“大一统”模型,那它一定就是超弦理论。
超弦理论的重点不在于真假,而在于我们没办法证明真假,只有十分严谨的数学模型。
在超弦理论的一个分支中,宇宙就是十个的空间维度,加上一个时间维度,放在一起,就是十一维的时空,就是宇宙最有可能的模型。
但丘成桐先生认为,即便加上时间维度,宇宙也是十维的,而不是十一维的。接下来就讨论一下他的理论。
(丘成桐)
熟悉维度知识的,应该都明白,我们人类其实是生活在十维时空中,只能感受四维时空,但只能完全理解三维空间的生物。
就比如一只蚂蚁,他们本身就是生活在三维空间中的,但他们不能理解三维空间。你拿走蚂蚁面前的一个苹果,蚂蚁只能认为那个苹果是凭空消失的。
人类也是如此。我们生活在四维时空中,了解三维空间,但因为我们看不到时间,更不能操控时间,所以我们只能理解四维时空,而不能真正到四维时空中生活。
(四维时空模型)
到了五维时空,我们就完全理解不了了,甚至都不能想象,除了长、宽、高和时间,还有什么维度能存在。
但在丘成桐先生看来,我们不能理解四维时空之外的东西,并不怪我们,而是后面的六个维度,都只出现在宇宙的“部分区域”。
简单理解就是,我家是四维世界,我所在的城市都是四维世界,唯独邻居家特殊,是六维世界。我遍访名山大川,就是没去过邻居家,自然不理解剩下的六个维度长什么样子,在哪。
(卡拉比-丘流形数学模型)
所以我不理解十维,完全不是我“低级”,而是剩下六个维度的存在,太特殊。那么这个为宇宙带来剩下六个维度的邻居家在哪呢?是什么呢?
丘成桐用数学手段得出,它们就藏在一个叫“卡拉比-丘流形”的数学模型之中。其存在,和超弦理论中的“弦”是同一个类型,大家不用管它到底存不存在,也不用想到底长什么样,藏在哪。只要能理解这就是一个计算出来之后,被认为是包含了6个多余维度的数学模型就可以了。
因为超弦理论和量子力学一样,本身就不是容易被人理解的东西。爱因斯坦就说过,谁要是说他理解量子力学,那他一定不懂量子力学。
(爱因斯坦)
1957年,美国数学家卡拉比计算出了最早的,用来描述超弦理论中维度的数学模型,它将宇宙剩下的,我们看不到且不理解的六个维度,放在了一个数学模型里。
这个模型叫做“卡拉比流形”。
1977年,数学家丘成桐,证明了卡拉比流形的数学自洽。就是说别管卡拉比流形是否真实存在,至少这个逻辑是正确的,是可以成立的。
(丘成桐)
他完善了卡拉比流形以后,新的模型就是“卡拉比-丘流形”。这个模型为后来超弦理论的深入探索提供了重要的意义,也帮助他在1982年获得了数学界最高奖菲尔兹奖。
算得上是载入史册。这个模型揭露出来的宇宙是这样的:
它不带有任何物质,是完全真空的,是四维时空中的一个节点,包含了剩下我们不了解的6个维度。
(卡拉比-丘流形披露的宇宙)
除此之外,它还有一个重要的作用,就是决定了宏观宇宙的物质数量、质量,甚至决定了物理定律。
也就是说,我们现在所感知到的一切,都是来源于卡拉比-丘流形的。如果没有这个东西,我们的宇宙就不存在,数学、科学都不会存在。
事实也确实是这样,如果宇宙真的是十维的,倘若缺少了六个维度,那宇宙一定就不是我们现在看到的模样。
(超弦理论)
当然也有人对这个理论表示怀疑,想要找到一个反例。丘成桐本人也在寻找反例,但他忙碌了三年,也没有得到想要的结果——卡拉比-丘流形太完美了。
如此自洽的理论,你说他不是真的?如果是真的,那宇宙真的就是十维的,我们对宇宙的认知就更准确了;如果不是真的,那为什么无法推翻这个模型?
其实这些数学家和科学家,比咱们还着急,更比咱们纠结。因为他们想要的不是数学模型,而是一个真正意义上的,宇宙宏微观大一统理论。
(宇宙大一统模型)
一个可以证明大一统理论真实存在的证据。
晚年的爱因斯坦也在研究大一统,最后他实在得不出结论,只能信了神学——科学和神学本身都是解释宇宙和人类的真相,只是神学无法被证明才不被人们相信。
万一神学的尽头是科学,或者科学的尽头是神学,那就有意思了。
(爱因斯坦)
超弦理论 探求支配整个宇宙的终极法则[J].科学世界,2021(03):127.
李新洲.超弦的卡拉比-丘成桐紧致化和磁荷[J].科学,1986(02):145.
丘成桐,史蒂夫·纳迪斯,夏木清.《我的几何人生》[J].审计月刊,2021(06):55.
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