第四章

平行空间理论
有时科学所推论出的许多场景，让唯物主义者听起来像是地道的迷信，不知是否有人能从中给自己找出什么理论上或对现实生活以什么“活生生”的解释。但理论是真实的，而理论推断出的结果却是“想当然”。有些科学家提出新的观点：我们生存的空间并不是唯一的，而是有另外一个或者几个同时存在的空间，它们彼此间平行，互补相扰，但是它们当中发生的事情却是相似的。这就是著名的令人惊奇的平行空间理论。平行空间之谜
让我们先来看一个著名的“祖母悖论”。其大意是说：如果我们通过时空隧道回到了过去，遇见了我们的祖母，而我们又不幸害死了祖母，那么既然祖母在年轻的时候就死了，未来的我又从哪里来？既然没有了我，我又怎么会回到过去害死祖母？这样便产生了一个悖论。这个悖论是建立在爱因斯坦的广义相对论的基础上。广义相对论认为我们的宇宙是平行相通的，可以通过孔洞回到过去。正如所设想的一样，如果回到过去成立，就必然产生上述的悖论。在爱因斯坦的狭义相对论中，我们又被告知时间和空间是彼此联系的，由于光速恒定，所有运动，甚至时间本身都必须与之相对应，由此时间也是相对的。于是，人们为解释上述悖论，提出“平行宇宙”的概念，这就是霍金的“平行空间理论”。是否有另一个你正在阅读和本文完全一样的一篇文章？那个家伙并非你自己，却生活在一个有着云雾缭绕的高山、一望无际的原野、喧嚣嘈杂的城市，和其他七颗行星一同围绕一颗恒星旋转，并且也叫做“地球”的行星？他（她）一生的经历和你每秒钟都相同。然而也许他（她）此刻正准备放下这篇文章而你却打算看下去。这种“分身”的想法听起来奇怪而又难以置信，但似乎我们不得不接受它，因为它已为各种天文观测的结果所支持。如今最流行同时也最简单的宇宙模型指出，离我们非常遥远之处存在一个和我们的银河一模一样的星系，而那其中正有个一模一样的你。虽然这距离大得超乎人们的想象，却毫不影响你的“分身”存在的真实性。该想法最初起源于很简单的“自然可能性”而非现代物理所假设：宇宙在尺寸上无限大（或者至少足够大），并且像天文观测指出的那样——均匀地分布着物质。既然如此，按照统计学规律便可以断定，所有的事件（无论多么相似或者相同）都会发生无数次：会有无数个孕育人类的星球，它们之中会有和你一模一样的人——一模一样的长相、名字、记忆甚至和你一模一样的动作、选择——这样的人还不止一个，确切地说，是无穷多个。最新的宇宙学观测表明，平行宇宙的概念并非一种比喻。空间似乎是无限的。如果真是这样，一切可能会发生的事情必然会发生，不管这些事有多荒唐。在比我们天文观测能企及范围远得多的地方，有和我们一模一样的宇宙。天文学家甚至计算出它们距地球的平均距离。你很可能永远见不到你的“影子”们。你能观测到的最远距离也就是自大爆炸以来光所行进的最远距离：大约140亿光年，即4×1026米——定义了我们可观测视界的大小，或者简单地说，宇宙的大小，又叫做哈勃体积。同样，另一个你所在的宇宙也是个同样大小的球体。以上便是对“平行宇宙”最直观的解释。每个宇宙都是更大的“多重宇宙”的一小部分。如果从普朗克常量来解释目前的宇宙，我们更容易论证平行宇宙存在的可能性。所谓的普朗克常量，就是最基本的能量表示单位。我们所存在的这个星球上，每个物质都有小到不可划分的单位，我们通常用原子来表示这个最小单位，同样，每个物质都有能量，有的能量大，有的能量小，那么能量也应该有个最小的单位，物理学上把这个最基本的能量单位称为普朗克常量。任何物质所包含的能量都是普朗克常量的整倍数，不过这仅仅局限于我们所存在的这个世界。如果，我们把这一规律无限地延展，势必会有一个普朗克常量不是我们所认知的普朗克常量的世界存在。比如用“1”来表示我们所知世界的普朗克常量的数值即“普朗克常数”，如果另一个世界的普朗克常数的取值是“2”，那么另一个世界就是建立在普朗克常数为“2” 的基础之上。而从1到2之间又有无数个可取的值，因此可能平行存在的世界也就应该是无穷无尽。可是我们为什么看不到它们，感觉不到它们，如果位置重叠，我们和它们相遇而看不到对方，会不会撞在一起呢？答案是否定的。最能直接表示两者之间关系的例子就是奇数与偶数。奇数与偶数之间不会有交点，永远这样平行存在着，所以他们相遇时会毫无阻碍地穿过对方队列，即不可能感知对方，更不可能相撞。同样，普朗克常量不一样的两个世界就如一排奇数和一排偶数，是能量最小单位的不一样把我们分在了两个空间，不可能感知对方，更不可能相撞。虽然理论上这样的时空可以生成无穷多个，但并不能真的像奇数与偶数一样可以从中取出多个值。通过解普朗克常量方程，科学家们只能得出方程的几个合理的解，由此可以构造出几个可能存在的平行空间。但在量子物理学不确定因素的影响下，这些平行空间也可能是不稳定的，如果由这些不确定的普朗克常量构成的平行空间，就存在消亡的可能。那么，对于“祖母悖论”而言，也可以这样认为，宇宙有无数个平行的空间，于是也就能产生无数个并行的时间。即使我们不幸害死了祖母，在这个时空的我就不可能存在，而另一个时空的祖母还活着，于是我也还存在。按此说来，平行宇宙也无所谓“前置”与“后置”之分，任何物质都在运动，都在分化，小到一个粒子，无时无刻，说分就分，世界也因此一直在分化。比方说走路，我在路上走着，前方随时可能出现两条路，我在思考是选择走左边还是选择走右边?于是，世界在我的选择中一分为二，一个我走了左边，另一个我走了右边，这一分化便决定了我这个世界可能的命运，选择走左边的我下一秒钟可能遇到一个乞丐，于是，世界又开始分化，我又得决定是否需要施舍；走右边的我可能遇到一位妙龄女郎，从而有机会与她结伴同行。是不是很奇妙呢？命运因选择而有了不同的结果。这一点，在尼古拉斯·凯奇主演的科幻电影《预见未来》中得到了淋漓尽致地体现。说到因果关系，我们会想到“蝴蝶效应”。引用网上的解释，“一只南美洲亚马孙河流域的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能引起美国德克萨斯的一场龙卷风。其原因在于：蝴蝶翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并引起微弱气流的产生，而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应地变化，由此引起连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。”用辩证法来说：事物是普遍联系的。如果追述宇宙起源于一场大爆炸，那么大爆炸一瞬间的动能、方向、速度等等，决定了之后所有发生的事物，或许也决定了你我的出生和死亡。这样想一想，我们的现实世界也充满了无比的乐趣呢！不过，一切都不是定数，因为量子物理学中也有着不确定性。如一个电子撞击一个质子既可能转向左边也可能转向右边，因无法把握这种不确定性，因此，电子转向左边或转向右边的两种可能性，也就形成了两个平行的宇宙世界。平行宇宙空间弯曲空间之谜
宇宙是检验人类所发现物理定律的最严肃的法官，被人们奉为金科玉律的牛顿三定律和爱因斯坦的相对论，目前都被证明是不完整的，都不是无懈可击的。曲率——不处处为零的空间称为弯曲空间。初等平面几何所研究的对象是欧几里得空间（欧氏空间）。这种几何的最重要性质之一就是平行线公设：通过给定直线之外的任一点，可作一条直线与给定直线平行。这个公设在弯曲空间中并不适用。天体物理中常遇到的弯曲空间是黎曼空间。它的一种特例是常黎曼曲率空间。黎曼曲率 K等于常数1、-1和0的空间分别叫作黎曼球空间、罗巴切夫斯基空间和欧氏空间。所以，欧氏空间可看空间弯曲理论
作黎曼空间的特例。局部黎曼空间可以看作由局部欧氏空间弯曲而来，而大范围的黎曼空间常常不可能从欧氏空间弯曲得到。从物理学的角度看，时空的弯曲性质依赖于物质的分布和运动。爱因斯坦的广义相对论给出时空与物质之间的关系和它们的运动规律。通常情况下，时空弯曲的量级是很小的。只有在黑洞或其他强引力场情况下，才有大的弯曲。当你第一次在爱因斯坦的相对论里见到“弯曲空间”这 个字眼时，恐怕是会感到困惑的，真空怎么能是弯曲的呢？你怎样能使它弯曲起来呢？ 为了弄明白这是怎么一回事，先让我们这样想象：在一 艘宇宙飞船里，有人在仔细观察附近的一颗行星。这颗行星 的表面完全被深深的海洋覆盖着，因此有着象台球那样的光 滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿赤道线朝正东方向行驶着。 现在再进一步设想一下，这位观察者根本看不见这颗行星，而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路线时，他 会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己的 出发点，从而描绘出一个完整的圆周。如果这条船改变路线，航道就会变得弯弯折折的，不再是个简单的圆周。但是，不管它怎么改道，无论它怎么行进， 它的航线总是在一个球面上。 根据所有这些事实，这位观察者可能会推断出，这条船 被束缚在一个看不见的球体的表面上，而束缚它的力正是指向球体中心的重力。要不，他就可能会认为，这条船被限制在一块特殊的空间里面。这块空间是弯曲的，而且弯曲成一个球形，从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说，我们必须在一个力和一种空间几何形态之间作出选择。 你大概会认为这是一种想象出来的局面，但实际上并非 如此。地球这颗行星是沿着椭圆路线绕着太阳运行的，正像 一条船在某个看不见的曲面上行驶一样。至于这条椭圆路线， 我们是假设太阳和地球之间有一种引力来解释的，正是这种引力使地球保持在它的轨道上。 不过，我们也可以从空间几何形态来考虑问题。我们不是通过观察空间本身——空间是看不见的——而是通过考察 物体在这种空间里的运动方式，来确定这种空间的几何形态。 如果空间是“平坦的”，各种物体就会走直线从这个空间中 通过，如果空间是“弯曲的”，各种物体就会走出弯曲的路 线来。 一个具有确定质量和速度的物体，如果在离开其他质量 都很远的地方运动，那么，它的路径真的可以说是一条直线。 而当它走近另一个质量的时候，它的路径就会变得越来越弯 曲，显然，是质量把空间弯曲了。质量越大，离质量越近， 空间弯曲的曲率就越大。 把万有引力看作是一个力，看来要比用空间几何形态去 解释它方便得多，也自然得多。但是，如果在考虑光的行进 时，情形就会颠倒过来。按照比较旧的观点，光是不受重力影响的，因为它没有质量。然而，当光在弯曲空间里穿过时， 它的路径也会弯曲起来。把光的速度考虑进来，它在太阳这个巨大质量的附近经过时路径的弯曲就能计算出来了。 1919年，爱因斯坦的这一理论（发表于三年之前） 在一次日蚀期间受到了检验，人们把太阳位于空间某处时靠近太阳的某些恒星的位置，与太阳不在此处时这些恒星的位 置进行了比较。结果，爱因斯坦的理论站住脚了。用弯曲空间来讨论万有引力，看来要比用力学术语更为精确。 不过，我们还应该提一下，1967年，人们对太阳的 形状所进行的精密测量，发现爱因斯坦的引力理论出了问题， 今后将会发生些什么情况？让未来证明一切吧！
宇宙是如何分裂的？
这是科学家对宇宙诞生所描绘的又一幅场景，也是现代科技对宇宙的进一步认知，事实是不是这样？还要看将来的发展。在宇宙的极早期，它诞生的10~43秒内，它的直径仅有10~33厘米，含有丰富的十维空间，所有的空间维都平等地卷缩在一起。在那样的空间中，宇宙的能量极高、温度极高，所有四种力都融为一体，相对论和量子理论可以归结为一个理论。但是，这样高维度、高能量、高温度的空间是极不稳定的，就像胀气太多的气球，于是大爆炸发生了。维度被解散、能量发散、温度降低。三维的空间和一维的时间无限延伸开来，逐渐形成了我们今天可感知的宇宙；而另外六维的空间则仍然卷缩在普朗克尺度（即10~33厘米）以内。当宇宙处在1032K这样极高的温度（这温度比我们得到的太阳的温度高1026倍）时，引力与其他大统一力分离开来，引力随着宇宙的膨胀而不断延伸成长程力。随着宇宙进一步胀大和冷却，其它三种力也开始破裂，强相互作用力和弱—电力剥离开来。当宇宙产生10~9秒之后，它的温度降低到了1015K，这时弱—电力破缺为电磁力和弱相互作用力。在这一温度，所有四种力都已相互分离，宇宙成了由自由夸克、轻子和光子组成的一锅“汤”。稍后，随着宇宙进一步冷却，夸克组合成质子和中子。它们最终形成原子核。在宇宙产生3分钟后，稳定的原子核开始形成。当大爆炸发生30万年后，最早的原子问世。宇宙的温度降至3000K，氢原子可以形成，其不至于由碰撞而破裂。此时，宇宙终于变得透明，光可以传播数光年而不被吸收。在大爆炸发生100至200亿年后的今天，宇宙惊人的不对称，破缺致使四种力彼此间有惊人的差异。原来火球的温度现在已被冷却至3K，这已接近绝对零度。这就是宇宙的演变史，随着宇宙的渐渐冷却，力将解除相互的纠缠，逐步分离出来。首先引力破裂出来，然后强相互作用力，接着弱力，最后只有电磁力保持不破缺。宇宙分裂神奇的超弦理论
科学和技术是密不可分的，但科学总是超前于技术，有时科学达到的高度，却长时期没有技术手段去证明它，这就造成了科学理论的“神奇”，不过人类只要有了科学的理论，总会想办法去证明它，不过那时间要多长却不得而知。神奇的超弦理论今天，我们深深知道，浩瀚宇宙中所有纷繁复杂的现象都可以追溯到同一个源头，人类发现的大大小小的规律最终都可以被一个根本的规律所囊括。为了理解这一点，我们以地球生命的发展为例：我们人类不同的人种都可以追溯到同一个起源，而人、猩猩、猿猴又可以追溯到同一个祖先，以此类推，所有的哺乳动物都拥有相同的祖先，所有的动植物也都拥有相同的祖先，最后，所有的生命都起源于同一个细胞——生命只有一个源头。宇宙中所有星系的起源也同样能够追溯到同一个源头，太阳系中的星体都起源于同一个星云，所有的星云都起源于相同的分子，所有的分子都由那几百种基本粒子演变而来。这样，顺着时间之流一直向上溯源，我们终于来到了大爆炸开始的时刻，在这里，空间、时间和物质都是融为一体的，一切都归结为一点。宇宙从同一点出发，经过了100多亿年的漫长岁月，进化出一个复杂多变的世界，但不管这个世界是如何千变万化，在所有现象的背后，都有一个最根本的规律在运行，这就是宇宙起点时的源头规律。这个规律就是一个包罗万象的规律——所谓“万物至理”即是如此。“量子理论”模拟图这个“万物至理”的理论就是超弦理论，它建构了宇宙开始时刻的十维空间图象，随着十维空间的崩裂，超弦理论也分裂成两个理论——相对论和量子理论。此后，随着物质丰富性的增加，它们又分裂成更多的理论。今天，我们不断向上回溯，终于描绘出了宇宙大统一的图景——一个极具神秘色彩的十维宇宙。超弦理论还给我们带来一个更加令人震惊的结果：我们的空间结构居然是离散的，而不是连续的！在我们的日常经验中，空间和时间总是无限可分的，但事实却大谬不然。空间和时间都有自己的最小值：空间的最小尺度为10~33厘米，时间的最小值是10~43秒。因为当空间小到10~33厘米后，时间和空间就会融为一体，空间维度就会高达十维，在这样的情况下，即使空间还能分割，那也是我们目前所不能了解的了。事实上，量子理论就是关于“离散的量”理论，“量子”一词的含意就是“一个量”或“一个离散的量”。早在1900年，量子理论刚诞生时，科学家们就发现，在微小的粒子世界，能量是一份一份发出的，而不是连续发出的。就像人民币的最小单位是“分”，乒乓球只能一个一个地买，而不能半个半个地买，这些都是日常生活中关于事物不可无限分割的例子。虽然当时科学家已经知道了粒子能量的不连续性，但他们却不知道为何有这种不连续性，只是被迫接受而已。但现在我们都知道了，这与空间的不连续性密切相关。正是由于空间有最小的、不可分割的单位，才会影响到基本粒子的能量发射方式。宇宙弦现在，我们基于时间和空间是连续的旧理论必须被抛弃，在普朗克尺度下，弦是一段一段的，开弦就是一段线，闭弦就是一个圆圈，每一个弦片携带的都是一份一份的动量和能量。空间具有一个最小的、不可分割的值，这个不可思议的现象会导致什么样的结果呢？我们很容易想到：我们宏观的空间结构是由一份份最小的空间包组合起来，在这一份份的空间包中间，极有可能存在着我们无法探测的空间裂缝！所谓“虫洞理论”中在空间中凿开一个洞口的设想，从理论上来说真的是可行的，这就是寻找相邻空间包之间的裂缝，然后用难以想象的高能量轰开这个裂缝，一个虫洞就出现了！可以说，小小的十维空间包以及它们之间的裂缝存在于我们空间的每一个角落，只要我们有足够的能量，我们可以在任何地方凿开一个虫洞。行星之谜银河系在宇宙中转动，太阳系在银河系中转动，银河系有多少颗行星，也许我们说不清，但太阳系只有八大行星，这却是确定无疑的。八大行星围着太阳转，本身不发光，能反射太阳光。还有一些小行星，不在我们探讨之列。