宇宙的终极秘密~“多维宇宙”

文摘   2024-12-21 11:41   辽宁  

  物理学的历史就是统一的历史,比如,英国科学家艾萨克.牛顿发现了万有引力定律,把天体运动的规律与物体下落的运动的规律统一起来,之后,英国物理学家詹姆斯.麦克斯韦成功的将电力与磁力统一为电磁力。


   经过多年的探索,科学家发现宇宙中共存在四种基本力:引力~万有引力、电磁力、强力、弱力,强力与弱力的作用范围非常小,只能在小于原子核的范围内发生作用,所以,我们平时只能感受到引力和电磁力这两种基本力。


   现代物理学理论认为,四种基本力都是通过交换基本粒子而传递的,基本粒子是指人类所知道的构成物质的最小的基本单位,可以组成各种物体或者传递各种力。


  长期以开,物理学界一直努力的寻找把宇宙中的四种基本力统一起来的途径,美国物理学家谢尔登.格拉肖、史蒂芬.温伯格以及巴基斯坦物理学家阿卜杜斯.萨拉姆等人在二十世纪六十年代,提出电弱统一理论,成功的把电磁力与弱力统一起来,即证明电磁力与弱力实际上是同一种力~“电弱力”的不同表现。


  后来物理学界进一步提出了各种大统一理论,力图将强力、弱力、电磁力这三种基本力统一起来,假设强力、弱力、电磁力能够统一起来,剩下的只有“引力”没被统一进来。

  而要把引力统一进来,障碍重重,因为引力和其它三种基本力比起来,要“极其微弱”的缘故,在原子或电子等微观世界里,比如,当两个电子互相靠近时,它们之间会产生两种力,即互相吸引的“引力”与互相排斥的“电磁力”。


  比较这两种力的大小,会发现引力只有电磁力的1000000000000000000000000000000000000000000分之1(10的42次方之一)。


  要想把强度大小相差如此巨大、作用范围大相径庭的四种基本力统一起来,就需要解释“引力原本与其它三种基本力的强度相同,可是为什么只有引力表现的如此微弱的原因”。


   于是“高维空间”被物理学界提出,用以解释为什么引力比其它三种力差别如此巨大的原因,是说,引力在3维空间,表现得如此之小的原因,是绝大部分引力逃逸到了其它维度空间里去了。


   早在二十世纪二十年代,卡鲁扎和克莱因就提出了高维空间观点,试图在四维空间~五维时空里将引力与电磁力统一起来,但是没有成功。


  1984年,英国物理学家迈克尔.格林和美国物理学家约翰.施瓦茨提出了“超弦理论”,超弦理论认为,宇宙中最小的单位~“基本粒子”是极其微小的振动的~“弦”,并且预言存在10维时空~9维空间加上1维时间。


  生活在3维空间的我们是很难想像4维的物体到底是什么样子的,但是借助数学,我们可以用3维的立体展开,来表现4维的物体,一个3维的立方体,展开后共有6个2维的面,那么4维物体的展开图,是由8个立方体在4维空间里组成的“超立方体”,那么降为2维平面表示,4维物体是由48个2维平面组成,所以多维空间是可以在数学上计算的。

   多种理论都预言了存在超过3维的“额外维度”的存在,理论不同,所预言的额外维度数也不同,为什么我们无法感知到这些维度的存在,其中最有代表性的解释是~“因为高维空间极小,所以我们根本感觉不到”,一般说来,物理学家所预言的高维空间,远远小于原子。


  经过多年的研究探索,物理学界已经发现了各种类型的基本粒子,它们有的负责构成物质,有的负责传递力,虽然这些基本粒子看上去相差悬殊,但是,超弦理论认为,从实质上说,它们都是极其微小的“弦”,其分别的原因,只不过是弦的振动方式不同而已。


  有的学说认为,弦的长度非常非常小,大约为10的负34次方米长,是最小的原子~氢原子的一万亿分之一的一万亿分之一。


  而引力在3维空间表现得极为微弱的原因,是因为强力、弱力、电磁力是“开弦”,开弦的两头吸附在3维空间的“膜”上,只能在膜上移动,所以不可能逃逸到其它维度空间里,而“引力”是“闭弦”,闭弦就像一个橡皮圈儿,没有依附在3维空间的膜上,可以在各个维度自由运动。


  所以强力、弱力、电磁力在3维空间中表现的强度相同,而引力因为可以在其它维度空间内,自由运动,所以在3维空间表现得如此弱小。


  引力的传递方式,因空间维度数而异,从理论上说,引力的大小与距离的空间维度的负1次方成反比,比如,在5维空间里,与距离的的4次方成反比,距离变为2倍后,引力大下责变为16分之1。


  也就是说,空间维度高的话,随着距离增大,引力将急剧变弱,反过来说,当距离变近时,引力将急剧增大,牛顿发现的万有引力,在一些领域尚未得到验证,实际上,在小于0.1毫米的短距离内“引力的大小与距离成反比”,万有引力定律是否成立,尚未得到确切验证。


  1998年,三位物理学家尼玛.阿卡尼-哈米德、萨瓦斯.蒂莫泡罗斯、乔治.德瓦利提出ADD理论,即ADD模型,提出大额外维度,该理论认为,额外的维度不一定非常小,ADD理论主张“额外的维度也可能有1毫米那么大”。


  于是寻找额外维度的物理学家,日本立教大学物理部教授村田次郎,设计了“在0.1毫米的距离的两个物体间,引力会不会急剧增加”的实验验证,如果引力急剧增加,那么就证明的额外维度的真实存在,由于该实验的精确度要求极端极端高,其调试工作大约需要十年时间。


  另一个寻找额外维度的实验验证,将在欧洲大型粒子对撞机中去做,该实验将用制造“微型黑洞”需要的十分之一的能量,把质子加速到接近光速的百分之99.99999991的速度,看看能不能制造出“微型黑洞”。


  如果该实验能够成功制造出“微型黑洞”,那么就证明制造出黑洞的其余十分之九的能量,来源于其它维度的“引力”渗透入3维空间的证据,这个实验验证需要的时间,大约还需要二十年。


“多维宇宙~多维空间”理论,是“统一四种基本力”的组成部分。


欢迎您与我们一起,继续学习物理学,探索宇宙的终极秘密。



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