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未来人类像恐龙一样被灭绝,有没有可能穿越虫洞,拯救自己

现在关于多维空间的影片非常多,比如诺兰执导的《星际穿越》,在这部影片当中,不仅时间不再是恒定不变的,而且人类可以在多维空间当中任意穿梭,只是在不同维度空间当中,大家所能改变的时间,时常还受到各维空间的限制。



未来人类的危机

《星际穿越》所讨论的是地球即将毁灭,大家如何面对生态灾难的问题,这其实不是危言耸听,地球其实每过3000万年,就会遭遇一次彗星的撞击。别看彗星直径只有10几公里,但是它撞击地球所产生巨大能量,超过上亿颗原子弹爆炸的当量。

到那个时候大家并不是死于小行星的爆炸,而是小行星撞击把大量的尘土卷入地球平流层当中,导致光照减少,从而形成了生态灾难。恐龙就是在白垩纪末期,小行星撞击当中走向灭亡的。



那么大家如何躲避这场生态灾难呢?目前通行的做法是前往火星,比如埃隆马斯克的火星计划,预计到2030年可实现。其实太阳的寿命不会超过50亿年,到那个时候,整个太阳系都会被它吞噬,火星和地球都将被毁灭。所以最好的方式是逃离太阳系,找到类似地球的行星。

依靠现在的宇宙飞船逃离吗?这无异于痴人说梦,大家到达最近的恒星“比邻星b”都需要4.2光年,路上要行使6000多年。最好的办法就是像《星际穿越》中一样,穿越虫洞,在多维空间当中穿梭,实现远距离飞行。



为何要研究多维空间

多维空间的概念其实很早之前就被提及,甚至一度成为骗子的代名词。1887年,英国著名的骗子斯莱德就利用多维空间的理论,和家属进行通灵,而且当时很多物理学家还为他做信用背书,比如韦伯、汤姆逊还有瑞利等。这就是著名的“第四维”骗局,当时有很多物理学家在研究多维空间。

可是19世纪末,量子力学实在是太过火热。量子理论几乎主宰了整个物理学界,量子力学不但说明了电磁力、光,以及量子领域的强核力以及弱核力等,甚至还造出了惊世骇俗的原子弹。原子弹可以说超乎了那个时代所有人的想象,人们很难想象一个爆炸物能将一座城市瞬间夷为平地,于是科学家们争相涌入量子领域的研究。



可是到了20世纪80年代,量子领域似乎走入死胡同,最简单的就是量子理论说明不了万有引力是怎么回事?在量子领域当中,构成物质的基础是粒子,粒子具有波粒二象性,也就是说它既是一种波,也是一种粒子。可是如何说明万有引力超越光速呢?于是人们又重回多维空间理论,希翼从中找到答案。



如何统一宇宙的四种力

如果描述正常的生活空间,三维就足够了,甚至三维都不需要,大家的手机导航App,只要描绘经纬度,就能够定位你的位置信息。目前用来描绘这个世界的App,最多也都是三维,可是如果大家要说明宇宙的规律,三维空间的自然规律显然是不够的。

科学家现在普遍都认可宇宙由4种力构成,分别是引力、电磁力,还有量子力学当中的强核力以及弱核力。这4种力差异非常大,描述他们的物理规律也各不相同,那么有没有可能把这4种力有机统一在一起呢?难道大家的自然界真的是以这么复杂的形式组成的吗?



在大部分的物理学家看来,描述宇宙的底层规律应该是简洁而优美的。毕达哥拉斯认为万物皆数学,世间的万物都可以用数学来说明,因为数学像哲学一样需要逻辑的推理、演绎与证明,而且必须环环相扣,完美无缺。

进入20世纪,人们利用数学公式推导出了很多物理学的公式,比如麦克斯韦磁力学方程,波尔的轨道量子数等,然而人们缺乏相应的理论说明。如果存在一个理论,能把所有的物理现象给予合理的说明,而不是把问题最后都抛给上帝,那么这个物理世界该有多么和谐!



宇宙当中存在很多看不见摸不着的规律,如果大家从更高维度去看这些问题,或许能够找到答案。比如之前人们一直认为三维空间与时间是相互独立的,没有任何关系,可是当爱因斯坦提出了狭义相对论之后,创造了四维时空的概念。狭义相对论本质就是用四维空间来描绘物理现象。

十维空间提出之后,之前很复杂的物理学原理被完美统一了,比如麦克斯韦方程组,以前需要8个方程组,关于时间和空间的还需要分开处理,但是引入时间作为第四维的时候,这8个方程组就形成了一个简洁漂亮的方程,这就是麦克斯韦方程组的相对论形式。之后爱因斯坦又用四维时空的概念去说明了引力,这就是广义相对论。



爱因斯坦的广义相对论说明了过去牛顿力学很多无法回答的问题,比如靠近太阳的水星的轨道异常,它比牛顿力学计算出的速度要快很多。在爱因斯坦看来,引力并不是两个物体之间瞬间产生作用的一个力量,引力是时空扭曲造成的。如果一个质量很大的铅球,把它放到你的床上,一定会在床中央压出一个弧形的凹陷。这就相当于太阳的质量造成了太阳周围的时空的弯曲。

如果这时往床上放一个小球,小球会在凹陷处盘旋,就像水星围绕太阳运动。所以引力其实并不是太阳和水星之间的连接,引力是太阳周围的空间变弯了,水星只能在变弯了的空间里跑。运用这样的思路计算行星轨道,就会发现远离太阳的时候,情况很接近牛顿理论的计算结果,但是很靠近太阳的时候,结果会和牛顿的理论有比较明显的差异。



之后数学家卡鲁查,他在爱因斯坦四维空间的基础上引入第五维空间,居然统一了爱因斯坦的引力场理论和麦克斯韦电磁场理论。是否意味着升高维度,就能够统一自然界当中的各种力呢?但是在卡鲁查数学公式当中,量子力学当中的强核力以及弱核力却被排除在外。

卡鲁查利利用五维空间理论统一电磁力和万有引力,震惊了学界。可是在20世纪30年代,量子领域实在是太过于火热了,没有太多的科学家关注这个多维空间理论。



量子力学遇到的难题

在量子领域当中,宇宙是由各种粒子组成的,不仅物质是由粒子组成的,而且力也是由粒子组成的。电磁力是交换光量子,强核力是因为π 介子,弱核力是因为W 玻色子,总而言之,它们都离不开粒子。量子理论也成功把电磁力、强核力以及弱核力统一了起来。

可是人们在原子对撞机当中,发现了越来越多的粒子,这些海量的实验数据,虽然再一次证明了量子理论的正确性,可是数量众多的粒子也把物理学家们搞得晕头转向。



在标准模型中最基础的夸克就有36种,而不同的夸克又可以组合成不同的粒子,就像英文字母,理论上组合的数量有无穷多。另外标准模型还有6种轻子、12种杨-米尔斯场和至少19个需要人为确定的常数,这一切都说明标准模型理论实在是太复杂了。

现在让人们由不得怀疑,量子力学当中的标准模型是否为终极解决答案。而且标准模型太过于复杂,并且它也无法说明万有引力,关于引力还需要借用爱因斯坦的广义相对论来说明。



“十维空间”理论是否为终极答案?

在被科学家忽视的多维空间理论再次被提及,也就是现在正热的弦理,在弦理论当中,组成物质的不再是粒子,而是弦。如果把粒子继续放大一万亿亿倍,会发现这个粒子是一条正在振动的弦。

这就好比大家生活当中弦乐器当中的弦,一根弦理论上可以演奏出多个音符,只要改变弦的长度,就能改变弦的频率。所以无数振动的弦能够构成无数多的粒子,这就说明了粒子的丰富性。

这套说明体系可以把广义相对论当中的引力与量子力学当中弱核力,强核力,还有电磁力完全整合到一起,一根弦如果想要完成各类复杂动作,必须有一定的限定条件,就像弹吉他的时候,必须用手指摁住不同的长度,这就是时空的限制条件。



物理学家们根据某些限制条件,成功导出了爱因斯坦的质能方程,这就意味着,弦理论可以包容相对论,是一个真正意义上的包罗万象的理论。

在弦理论当中,大家的宇宙必须是十维的。目前大家人类能够感知的也就是三维空间,再加上时间维度,也就四个维度。那剩下六个维度怎么找呢?物理学家认为,这6个维度卷曲到一个非常小的尺度上,所以无法被大家所观测到。

无法被观测,是否意味着伪科学呢?很多时候科学实验走在理论物理学的前面,有时候理论物理学又会领先实验科学。在19世纪,当时的科学家认为,由于大家无法飞到宇宙当中去,因此大家无法知晓恒星的构成。可是之后科学家通过光谱分析,能够准确测量出遥远恒星的化学成分。



虽然目前“十维空间”理论无法被观测到,相信总有一天,大家能通过加速器、空间探测器或宇宙线计数器等各种手段,间接探测到第十维时空的存在。

那么弦理论有什么用呢?弦理论不仅仅能说明宇宙当中的一些问题,而且还能够让大家可能找到负物质,这是一种理论上存在的物质,利用它可以制造出足以撕裂空间的虫洞。制造出虫洞,才算真正解决人类未来生存的问题,逃离太阳系。

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