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轮椅中的霍金与果壳中的宇宙

(2007年05月15日 21:46:52)
来源:《太空探索》,谢绝转载。

□作者: 李龙臣

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  今年1月8日是英国著名数学家、理论物理学家斯蒂芬·霍金65岁生日,他对记者说,他的下一个目标是成为一名太空游客。今年将进行模拟失重训练,可能在2009年进入太空。他的这个愿望得到冒险大亨理查德·布兰森的大力支持。他创办的维珍银河公司,正在开发搭载游客进行亚轨道飞行的太空项目。布兰森还将赞助霍金10万英镑,用于支付太空旅游的费用。
  
  
   史蒂芬·霍金(2001年)
  
  时至今日,对一般人来说,进行太空旅游并不是什么稀奇事。但对霍金来说,却是个惊人之举。还是在他读研究生的1962年,即21岁生日过后不久,就被诊断出患上了运动神经细胞萎缩症,从手、脚到心、肺和大脑,能够动的部位会越来越少。到1963年,医生宣判他的生命只剩下两年的时间。但他的顽强抗争,不仅延缓了死神的到来,而且成为著名的科学家。
  不过,他的病情还是在20年前就已经很严重了,脑袋往下耷拉,手脚不能动,只能靠轮椅行动,说话很困难。1985年,在肺炎手术后,又完全不能说话了,只能靠安装在轮椅上的语言合成器与人交谈。开始,他用一只手的三根手指在计算机屏幕上选择词汇,组成句子,后来则只能通过眼皮的动作来选择词汇组成句子了。
  
  
   《果壳中的宇宙》封面
  
  霍金与宇宙有不解之缘。早在读研究生时,他就非常关注宇宙学问题,而现在,“即便把我关在果壳里,仍然自以为无限空间之王”。霍金使“轮椅”和“果壳”结了缘。
  《果壳中的宇宙》正是霍金继《时间简史》之后又一科普力作。让我们来一睹芳容。
  《果壳中的宇宙》虽然是科普书,我们还是要铺垫着来描述。
  
  终极理论
  
  所谓终极理论,是指宇宙中的一切都可以用一项单一的数学方程(定律)来描述的那种理论,又叫统一理论、万有理论、万物至理、万物终极理论等等。
  建立终极理论,不是完全另起炉灶,而是设法把已有的成功理论统一起来。正如法国学者奥古斯特·孔特所说:“科学进步的重要是在不断扩展那些不同原理之间的联系、减少它们的数目。”
  自现代科学诞生以来,一些科学家一直在追求宇宙的终极理论,并不断有人宣称离找到终极理论的时间不远了。
  终极理论的源头,可以上溯到17世纪牛顿建立行星运动理论之时。那时就有拉普拉斯的决定论:只要给定宇宙在某一时刻的结构,由给定的一组定律,就能精确的决定它的演化。
  1831年,英国物理学家迈·法拉第发现,电和磁虽然表面现象不同,但却是同一基本现象的不同方面。这暗示着以某种方式来看,宇宙具有一种基本的统一性。那时,法拉第还缺少实现这种统一的工具——数学。
  1861年,詹·麦克斯韦成功地将法拉第的发现转换成数学语言,即麦克斯韦电磁方程组,成功地将电、光、磁统一到一个电磁理论中。但电磁理论不包含引力。
  
  
  我们生活在一张膜上,或者我们只不过是张全息图?
  
  进入20世纪以后,原子论已牢固地建立起来。当时的大多数物理学家认为,除了某些物质吸收热量的准确方式和某些原子蒸汽辐射出的奇怪谱线等少数几个问题外,对一切事物基本上已经完全了解了,剩下的那几个问题,过不了几年也可以得到解决。如在1903年,著名实验科学家迈克尔逊就说:“所有比较重要的基本定律和物理科学的事实,都已经被发现,它们已经很稳固地成立,甚至连因为有新的发现而要对它们进行补充的这种可能性,都极其微小。”
  但是,其言犹在耳,就有崭新的物理学——爱因斯坦狭义相对论和包含引力的广义相对论诞生。更有卢瑟福砸碎原子,掏出一个广阔的微观世界,诞生了迄今应用成果最大的量子力学。
  在原子被砸碎,了解到原子是由电子和原子核组成的以后,著名物理学家马克斯·玻恩在1928年发表评论说,“我们所了解的物理学,将于6个月内大功告成”。
  爱因斯坦在发表广义相对论后的40年中,都在从数学上进行把广义相对论与电磁理论统一起来的理论——“统一场理论”的研究。
  
  
  每个娃娃代表对自然的小到某一尺度的理论理解。每个娃娃都包含一个更小的娃娃,后者对应于描述在更短的尺度下自然的理论。但是在物理学中存在一个最小基本长度,即普朗克长度,这是自然可以用M-理论描述的尺度
  
  爱因斯坦注意到,德国数学家卡卢扎1919年曾证明了有一系列方程能把广义相对论与电磁理论统一起来,但宇宙需要5维时空。宇宙这额外的一维哪里来呢?他还注意到瑞典数学家克莱因在1926年曾提出一种观点,认为宇宙的那个额外维卷曲得太小,我们无法察觉到。爱因斯坦虽然觉得卡卢扎和克莱因的发现很重要,但在用于他的统一场理论时,总有一些零星问题不能解决,或者会得到一些滑稽的结果。
  在爱因斯坦还没有将引力和电磁力统一起来的时候,人们又发现了将原子核中质子和中子束缚在一起的强核力和弱核力。更糟的是,这两种基本力是由信使子传递的,这与爱因斯坦对引力的看法大相径庭。
  1955年爱因斯坦逝世后,他的统一场理论很少有人问津。人们将注意力转向了电磁力与弱核力的统一——量子场理论。
  20世纪60年代末,美国的温伯格和格拉肖、英国的萨拉姆找到了电磁力与弱核力统一的方程。电磁力和弱核力是统一的电弱力的不同方面。随后,他们的理论得到了证实。
  1973年,格拉肖发现了把电磁力、弱核力与强核力统一起来的数学公式,这就是“大统一场理论”。电磁力、弱核力和强核力是统一的“超力”的不同方面。超力在宇宙大爆炸后分裂成电磁力、弱核力和强核力。但大统一场理论不包括引力。
  
  
  为了统一电磁理论、狭义相对论和量子理论,狄拉克等人早在20世纪20年代就建立了量子场论。但量子场论也不包括引力。为弥补这个不足,科学家们又建立了量子引力论,就是把广义相对论与量子理论统一起来。1967年,惠勒和德威特找到一个数学公式,成功地将广义相对论与量子理论结合起来了。但是,在这些尝试中,他们像爱因斯坦一样遇到数学问题,其中包括无穷大的问题。
  20世纪70年代初发现的“超对称理论”,又使科学家找到了把构成物质的粒子(费米子)与携带力的粒子(玻色子)统一起来的数学特性,即消除了亚原子粒子的差别,提供了把引力统一进来的线索。这就是“超引力理论”。
  1984年,约翰·施瓦茨和迈克尔·格林提出了“超弦理论”,指出把引力与其它力统一起来的唯一条件是,把粒子看成是弦,它们必须拥有超对称(超弦),并且存在于10维时空中。不过,超弦理论仍然没有反映全部情况,而且超弦理论有5种之多。
  在基本粒子物理学、量子力学取得了巨大成就的时候,霍金于1988年在他的畅销书《时间简史》中说,“可以谨慎乐观地说,我们对自然的终极规律的探索,现在也许接近了尾声。”
  1996年,威滕提出M理论,认为5种超弦理论只是M理论的不同侧面。如果超弦代表膜,则5种超弦理论仅仅是11维膜的边缘。因此,霍金认为,M理论有可能成为人们追求的终极理论。
  
  M理论
  
  1985年以后,物理学家开始意识到,弦理论中的“弦”,只不过是延展成多于1维的众多物族的一员。
  1994年以后,物理学家又知道一种描写强相互作用的闭弦理论与描写弱相互作用的开弦理论完全相同。对开弦理论的深入研究,特别集中于弦的边缘(即开弦的两个端点)可运动的空间。理论物理学家伦内特·赫伊斯佐恩在对这些边缘空间进行数学研究时,根据数学家狄利克雷的名字,将这些空间命名为“D-膜”。英国剑桥的数学和理论物理学家保罗·汤森对膜作了许多基本研究。他把由弦延展成多于1维的物体叫做“P-膜”(P表示维数)。一个P膜在P方向上有长度。这样,P=0的膜是点,P=1的膜就是弦,P=2的膜就是面,如此等等。而且,所有P-膜都是平等的。1996年,爱·威滕等人又发现,5种弦理论假设,实际上只是从不同侧面表述同一基本的11维假设。

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  1. LHC机器和霍金的粒子引力理论在挑战我们的MPN理论? (2009年11月24日 22:05:56 - 游客)
    让物理学界和世界感到无比惊奇和振奋的另一个消息《看LHC机器和人脑的一场智慧比赛》看谁能真正找到宇宙物质,力和质量的来源?谁更接近和能获得未来诺贝尔物理学奖的提名

    据中国深圳(非官方的)MPN研究团体向外披露的消息,他们在争取推荐和申报未来物理学诺贝尔奖的执行过程中将会有一些重大的相关消息和进程要宣布。原因是人类更多的不敢相信该研究团体所取得“所说”的研究成果会是事实。和希望在当今世界不要再重演哥白尼的悲剧。而引起全世界的注意关心和支持。在前一弹的消息发布后,这是第二弹发布的一个大消息。他们宣布将用人的大脑(人类全部智慧的结晶)来挑战当今最了不起的LHC机器,看机器和人的大脑进行一场智慧比赛,看谁能真正找到人类宇宙物质理论中所说的万物的质量和力的来源。还宇宙和物质一个清白,不要让人类继续对宇宙和物质产生误会。同时消解去年10月10日在LHC开工典礼期间,两个世界最伟大的物理学家又是跟LHC工程相关的当事人,希格斯和霍金之间,因理论和方法产生的互相指责,冲突,分歧和矛盾。这里所说的是英国报章报道,希格斯在去年LHC开工之际指责霍金对LHC工程泼冷水,霍金则反击希格斯用LHC机器去寻找Higgs boson(希格波色子)是错误的。。。。。,没有任何一个搞物质基本粒子物理学研究的人会相信这种方法是正确的。希格斯则反驳和指责霍金以万有引力作为基础,把相对论,PC对称论。。。。进行混合堆积成的最新粒子引力论(或重力论)用来解释宇宙形成,大爆炸和黑洞的理论是错误的也没有任何一个搞物质基本粒子物理学研究的人会相信这种理论。霍金则打赌LHC工程不可能找到Higgs boson (希格斯波色子)。并说找不到Higgs boson (希格波色子)才真正会激动人心。。。。。,后来在众物理学家的劝说下才宁人息事。而英国的报章则把这次冲突说是希格斯为争取下一年度的物理学诺贝尔奖提名而发起对霍金的挑战。但按照MPN团体研究员的话说不是这么回事。连希格斯心中也没有把握能找到这个“上帝粒子”,因为他曾说他已准备好香槟酒,希望在他80岁生日之前能找到这个“上帝粒子”,但他也强调如果总是找不到该粒子的存在,来进行证实他的说法和理论,他会感到非常困惑。因为他无法想象除此之外,还能找到什么方法来解释物质是如何得到质量的?然而霍金虽有近年来,最新的粒子引力的新理论产生,更能勇敢的承认,曾让他出名的有关通过大量数学计算所形成的对黑洞先前的描述和定义的,旧理论是错误的。但他心中也没有把握说会得到诺贝尔物理学奖的提名。所以他们不是为相互挑战诺贝尔物理学奖的提名而发生冲突和矛盾。而是因为学术和理论上的分歧。而按照MPN研究团体的话说和宣布,他们要和强大的LHC机器进行智慧比赛的判断力,并不是来自希格斯和霍金之间理论上的分歧,也不是来自因怀疑物质粒子发生破损而丢失质量的理论而获2008年物理学诺贝尔奖的第一排名人,芝加哥大学教授南部阳一郎所作的要100年后才能找到该粒子的预测。而是来自他们L。MPN新理论下的力学理论所得到的力量和证据。用这个理论不但能使希格斯解除精神上的困惑,也能让他知道还有其它方法和途径能解释物质是如何得到质量的,当然也就能抹平希格斯和霍金理论上的冲突和分歧。和LHC机器进行智慧比赛,与新的“粒子引力理论”展开事实存在的竞争。让人们来比较看谁更能接近和更能获得诺贝尔物理学奖的提名。当然希望这两位伟大的物理学家的知道和参与,更希望他们和更多的科学家们能进行指导,批评,作为比赛的裁判进行裁决,甚至……都可以。并请有关的同行和朋友转告他们。在欧洲CERN加速器执行主任Stevemyers 宣布11月20日晚LHC机器又重新开动之际,中国深圳的MPN研究团体宣布,将用人脑对LHC机器和构成该机器强大的电脑发出挑战。出牌(公布成果资料)的时间可都选择在LHC机器再一次开始进行质子(正电子)正式撞击前的某个特殊节日的前夕。此消息来源于深圳MPN研究团体。消息发布人:Newton..Li2009-11-23-
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