霍金用三根手指展開宇宙之膜

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http://www.sina.com.cn 2002年08月19日 15:43 東方網(wǎng)-文匯報

　　本報北京8月18日專電霍金北上，“霍金熱”跟著到了京城。今天下午，這位“輪椅上的愛因斯坦”繼在杭州演講后，在北京國際會議中心再次向2000多位首都聽眾做了題為“膜的新奇世界”的公眾演講，用他孱弱的3根手指為聽眾“描繪出”他大腦中美妙的多維宇宙。

　　3：30，霍金在隨行人員的幫助下，自己駕駛輪椅車“走上”講壇。他依然露出特有的微笑，接受著臺下2000多名聽眾的熱烈掌聲。通過吐字清晰的語音合成器，他從容地展開那張神奇的宇宙之“膜”，引導(dǎo)人們進(jìn)行一次高維時空旅行。

　　癱坐在輪椅上的霍金，行動不便，思維卻異常活躍，在黑洞、統(tǒng)一場理論、大爆炸宇宙學(xué)等當(dāng)今理論物理學(xué)研究的最前沿領(lǐng)域，都有重要貢獻(xiàn)。著名數(shù)學(xué)家、1982年菲爾茲獎?wù)芦@得者丘成桐教授在報告開始前的致辭中，稱贊霍金在微分幾何上的成就“勝過大部分微分幾何學(xué)家”。

　　霍金的理論確實是高深而難懂的，雖然他做了精心準(zhǔn)備，且盡可能采用通俗的語言和事例，但聽眾想要跟上科學(xué)巨人的思想節(jié)奏，還是覺得困難重重。按照霍金自己的說法：能夠讀懂《時間簡史》的人，至少可以拿物理學(xué)博士。

　　聽不懂似乎并沒有影響人們與這位科學(xué)奇才“親密接觸”的熱情。原定下午3：00開始，但記者于2：10趕到會場時，入口處早已排起了長隊，足有300米長。中科院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院的陶躍剛博士帶著即將就讀小學(xué)五年級的女兒排在最前，他們中午12：00就從家里趕來了。陶博士說，主要是讓女兒感受一下科學(xué)的氛圍。據(jù)觀察，家長帶著孩子或同學(xué)結(jié)伴來的幾乎占了聽眾人數(shù)的2/3。

　　在長達(dá)80分鐘的報告中，整個演講大廳鴉雀無聲，能夠清晰地聽到霍金用手指觸摸語音合成器按鈕的“滴”、“滴”聲。會場外售書點上霍金的名著《時間簡史》和《果殼中的宇宙》特別好銷，不到2小時就售出了300多套。

　　解讀霍金的宇宙

　　為了便于讀者理解霍金的宇宙，記者搭上因特網(wǎng)，就他在《膜的新奇世界》報告中提到的有關(guān)概念，請教上海師范大學(xué)天體物理聯(lián)合中心李新洲、孫玨岷2位專家。

　　為什么叫“果殼中的宇宙”？

　　果殼中的宇宙出典于英國戲劇大師莎士比亞的名著《哈姆萊特》。在劇中，主人公哈姆萊特有這樣一句吟唱：即便把他關(guān)在果殼中，他仍然是無限空間之王。藝術(shù)與科學(xué)是相通的，莎翁和霍金原本就是他們各自領(lǐng)域中的無限空間之王。霍金認(rèn)為，整個宇宙是一個4維果殼狀的泡泡演化而來的，果殼上的皺紋(即量子擾動)在演化中產(chǎn)生了今天宇宙的所有結(jié)構(gòu)。

　　弦理論基本思想是什么？

　　目前的物理學(xué)理論認(rèn)為，物質(zhì)是由原子組成，而原子由夸克和電子組成；粒子是一切物質(zhì)的基本單元，像英語里的“字母”一樣。

　　弦理論則假設(shè)不存在粒子，只有弦在空間運動。一條弦就是一個畫在空間中的圈。它假設(shè)只存在一種弦，而各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。當(dāng)一條弦在隨時間運動的時候，它的軌跡不是一條線，而是一根管子。兩條弦還可以結(jié)合在一起形成一條新弦；相反，一條弦也可以分裂成兩條。弦理論認(rèn)為，自然界中所發(fā)生的一切相互作用，包括電子和光子的相互作用，都可以用弦的分裂和結(jié)合來解釋。

　　霍金的“膜”含義是什么？

　　霍金所講的“膜”實際就是對多維曲面的通俗表達(dá)。他認(rèn)為，時空就是一張推廣了的“膜”，不過，它是4維的，不同于我們?nèi)粘？吹降?維膜。物理學(xué)家從英文薄膜(menbrane)這個單詞中創(chuàng)造了一個弦理論的專用術(shù)語--膜(brane)。雖然已在學(xué)術(shù)界應(yīng)用了10多年，但牛津詞典中恐怕還沒有將其收入進(jìn)去。

　　M理論妙在何處？

　　上個世紀(jì)八九十年代，研究弦理論的學(xué)者提出了多種理論，最后形成5種互不相容的學(xué)說。這顯然有違弦理論研究者創(chuàng)立一種能夠調(diào)和廣義相對論與量子力學(xué)的大統(tǒng)一理論的初衷。

　　經(jīng)過多年的努力，到了1995年科學(xué)家終于找到了解決問題的鑰匙，這就是M理論，它被稱為是弦理論研究的第二次革命。

　　M理論中的“M”得名于英文中mysterious，就是奇妙的意思。

　　M理論認(rèn)為時空是11維(10維空間和1維時間)的，但為什么我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷臅r空是4維的呢？霍金認(rèn)為，存在著兩種可能的解釋，其一是認(rèn)為所有的額外維數(shù)都非常小，觀察到它們實在是太難了；其二是額外維也許相當(dāng)大，甚至是無限的，只是在我們目前的觀察條件下，尚無法觀察到它們而已。

　　暗物質(zhì)指的是什么？

　　恒星繞銀河系中心作緩慢的轉(zhuǎn)動，大約2億多年轉(zhuǎn)動一周。銀河系的形狀像一個盤子，其中心附近聚集著大量的恒星，銀河系的盤面里包含了更多的氣體、塵埃以及一些恒星。如果套用開普勒定律，銀盤外部恒星運動的速度應(yīng)當(dāng)比靠近銀河系中心的慢。但是觀測結(jié)果并非如此，整個銀盤內(nèi)恒星的運動速度大致相同。據(jù)此，天文學(xué)家認(rèn)為，銀河系中存在著大量暗物質(zhì)，它們中的大部分分布在銀盤的外圍，從而加快了這部分區(qū)域內(nèi)恒星的運動速度。

　　不過，暗物質(zhì)尚未得到物理學(xué)實驗的精確認(rèn)證。

　　我們是生活在一張膜上呢，或者只不過是張全息圖？

　　M-理論

　　量子力學(xué)

　　廣義相對論

　　10-維膜

　　超弦

　　黑洞

　　11-維超引力

　　P-膜

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