前幾天，我參加了一個(ge) 科學大會(hui) 。當然，對於(yu) 物理科普作者的我來說，聽諾獎得主基普·索恩講引力波是我最尤為(wei) 關(guan) 注的議題。奮鬥在探索宇宙奧秘第一線的科學家將給我們(men) 提供怎樣的新視角來審視這個(ge) 宇宙呢？這篇文章將為(wei) 你完美呈現。

我們(men) 知道，愛因斯坦的廣義(yi) 相對論早在百餘(yu) 年前的1915年就完成了。廣義(yi) 相對論預言的時空彎曲也在4年後的1919年被日全食首次證實。廣義(yi) 相對論還有許多預言在愛因斯坦活著的時候未被證實，比如引力波以及基於(yu) 廣義(yi) 相對論下的黑洞預言和蟲洞等。

或許是機緣巧合也或許是天意，人類首次發現引力波是在2015年，正好是廣義(yi) 相對論提出的100周年。愛因斯坦在1955年去世後，其引力波的探尋任務完全就交到後人手中了。可引力波的探尋需要極其機密的儀(yi) 器，在地球上的人要想察覺到來自數億(yi) 光年外的引力波信號就相當在1公裏的範圍內(nei) 記錄比原子半徑還小1萬(wan) 倍的空間變化。很幸運，在激光幹涉引力波天文台（LIGO）的精密儀(yi) 器幫助下，人類還是捕捉到了這微不足道的引力波信號。搜尋引力波信號的團隊也因此獲得了2017年的諾貝爾物理學獎，基普·索恩就是其中一員。

基普索恩

人類有了引力波就開啟了探索宇宙的新大門，原先人類探索宇宙最直接的手段無非就是依賴電磁波和引力數據，這就極大的限製了人類對黑洞的認識。有了引力波之後，人類就多了一個(ge) 探索宇宙的工具，比如通過引力波可以精確的測量黑洞的質量，旋轉等信息。

基普·索恩可以看作是愛因斯坦的傳(chuan) 承人之一，相對論留下的寶貴遺產(chan) 可有後人們(men) 挖掘的嘍。基普·索恩充當了愛因斯坦的衣缽，自然也擔任起了研究相對論的一員。蟲洞的概念最早是愛因斯坦和納森羅森提出的，其穿越時空的性質極具科幻色彩，也常被影視作品拿來渲染。而愛因斯坦本人並不太願意相信蟲洞是自然形式的存在，畢竟作為(wei) 實證主義(yi) 者的愛因斯坦總覺得蟲洞這玩意太不可思議了。即便愛因斯坦本人對蟲洞並不感冒，但後人卻總是樂(le) 此不疲，當然這樣包括吉普·索恩。

在他的演講中，我可以明確地感受到這位大物理學家對蟲洞的執迷。他解釋到，蟲洞是可以真實存在於(yu) 宇宙中的。但自然形式下的蟲洞卻極不穩定，很容易消失。這也是我們(men) 目前為(wei) 止不能發現蟲洞的原因之一。但他話鋒一轉：或許在更高的宇宙文明中，蟲洞早已被當作普遍的交通工具而應用著。

在我們(men) 現在看來，銀河係與(yu) 鄰近的仙女座星係在同一個(ge) 空間中。倘若把宇宙當作是一張二維的紙，銀河係和仙女座星係以及千千萬(wan) 萬(wan) 的星係都在這張“紙”上，我們(men) 完全有理由相信這張“紙”是可以彎曲的，因為(wei) 現在有證據指向如此。如果把這張“紙”對折一下，你會(hui) 發現人類去往距離200萬(wan) 光年外的仙女座星係未必隻有經過紙麵上的路線而到達目的地。我們(men) 可以拒絕這種南轅北轍的路線，取而代之的是在木星周圍建立一個(ge) 蟲洞，蟲洞可以直接跨越“紙”麵，從(cong) 更高的維度通向仙女座星係。這或許隻需十幾分鍾就可以到達數百萬(wan) 光年外的仙女座星係。

而蟲洞的開口需要人為(wei) 製造，這需要更高級的特殊材料，比如負能量。我們(men) 正在不遺餘(yu) 力的朝向蟲洞現實化的方向發展。

在另一個(ge) 科學家的演講中我了解到更多額外維度和暗物質的前沿信息。這位年輕的美女物理學家是麗(li) 薩·藍道爾（Lisa Randall ），是哈佛大學的終身物理學教授，更是粒子物理學和宇宙學的權威專(zhuan) 家。

麗(li) 薩·藍道爾首先介紹了科幻作品中最受青睞的第五維度。在許多人眼中，我們(men) 就生活在三維空間外加第四維時間的四維時空中，對於(yu) 額外維度的認識往往很空乏，這或許是人類大腦想象力的不足導致的。一般人理解第四維度都很成問題，更何況是更高維度。

Lisa Randall

在這位美女科學家的演講中，他一直呼籲人們(men) 不要借助圖像理解高維度空間，這隻會(hui) 把人帶到誤區中，因為(wei) 更高維度的構造或許完全不是三維空間內(nei) 的規律可以類比演繹出來的。無數個(ge) 點可以堆積成一條直線，這是一維空間；無數條線可以組成一個(ge) 麵，這是二維空間；無數個(ge) 麵可以疊加成立體(ti) ，這是三維空間，而時間常常單獨作為(wei) 第四維空間存在，這就是三維空間的類比演繹方式。或許更高維度並不如同三維空間的那種演繹方式。就如同漢字中的“一、二、三、四…”，一是一條橫杠，二是兩(liang) 條橫杠，三是三條橫杠。但是四卻不是四條橫杠.....

對額外維度的認識最好借助數學和公式加以輔助理解，不要總是在二維平麵作畫企圖直觀地理解更高維度，這是行不通的。

我們(men) 理解三維的東(dong) 西並不能一次性觀察到，必須得多次進行。你不可能一次就看到一個(ge) 人的正臉，側(ce) 麵和後背，這就需要我們(men) 多次觀察。額外維度也具有這樣的性質，我們(men) 需要多次觀察再整合起來才足以認識更高維度的事物。我的四維時空或許是更高維度的全息投影。就相當二維的影子是三維物體(ti) 的投影。我們(men) 很難從(cong) 一個(ge) 人的影子來理解這個(ge) 人的三維外形。同樣的道理，我們(men) 也很難理解更高維度的事物。

麗(li) 薩·藍道爾還強調，高維度沒有理由不存在，畢竟愛因斯坦的方程在任何數量的維度下都是適用的。高維度的世界類似於(yu) 膜，當然膜是弦理論的基礎。

麗(li) 薩·藍道爾一直強調自己講的未必是對的，畢竟這是最前沿的理論。

高維度膜可以解釋引力的特殊性

我們(men) 都知道自然界存在四大相互作用力，按照作用強度的大小依次排序為(wei) 強相互作用，電磁相互作用，弱相互作用以及引力。

我們(men) 知道，電磁力和引力是宏觀世界最普遍的力，但引力卻遠比電磁力弱。或許你會(hui) 說弱就弱唄，不足為(wei) 奇。但科學家結合粒子物理學和場理論會(hui) 發現情況有點蹊蹺。電磁力的傳(chuan) 播子有光子，引力作用很有可能是引力子導致（暫未發現），電磁力有電磁場，引力有引力場。為(wei) 什麽(me) 電磁力和引力都是通過場作用力，其或許都有傳(chuan) 播子（光子和引力子），那為(wei) 什麽(me) 引力強度遠比電磁力弱，甚至在數量級上遠遠低於(yu) 其他三種作用力呢？

麗(li) 薩·藍道爾說，目前高維度的膜可以解釋這一問題。她進一步闡釋到，我們(men) 的宇宙或許由兩(liang) 種膜構成的，一種是弱膜，一種是引力膜。引力膜和弱膜是以某種方式連接起來的，我們(men) 生活在弱膜中，而引力主要集中在引力膜中。倘若把我們(men) 全部移居到引力膜中生活，那麽(me) 日常生活中的引力強度就會(hui) 指數級上漲。正是由於(yu) 我們(men) 生活在弱膜中，引力才顯得不像電磁力那麽(me) 強大。

高維度的膜勢必存在著該膜的運動粒子，我們(men) 管它們(men) 叫克魯紮-克萊因粒子（k-k粒子）。幸運的是歐洲的大型粒子對撞機正在尋找這種粒子，如果K-K粒子存在的證據確鑿，那也就意味著高維度膜是存在的。我們(men) 就足以有信心用引力膜理論解釋我們(men) 所處的宇宙中引力之弱的問題。

麗薩·藍道爾也向公眾講述了有關驗證暗物質存在的最新證據

通常我們(men) 認為(wei) 暗物質的存在是由於(yu) 星係旋轉的向心力不足以維持星係的圓盤形狀。如果沒有外力作用，星係早已分崩離析。暗物質正是這種外力產(chan) 生的源泉，它們(men) 不會(hui) 發出電磁波。但它們(men) 一定會(hui) 參與(yu) 引力作用，比如維持星係的正常運轉，支撐宇宙的加速膨脹。如果沒有暗物質，按照現有的理論，許多宇宙現象無法解釋。所以我們(men) 必須假定這一種物質的存在。

暗物質不參與(yu) 電磁輻射，也就是不會(hui) 發出可見光和其他形式的電磁波。幸虧(kui) 它參與(yu) 了引力，我們(men) 才能依靠引力現象間接了解它。

最近幾年來，子彈星係團為我們提供了暗物質存在的最新證據

兩(liang) 個(ge) 高速碰撞的星係組成了子彈星係團，這也必然會(hui) 導致其中的氣體(ti) 分子炙熱起來，高溫的氣體(ti) 分子會(hui) 輻射出x射線，比如紅色的部分。但是藍色的部分並不輻射太多的x射線，這就證明藍色部分並沒有太多的天體(ti) 。但是藍色部分卻有超乎尋常的引力透鏡效應，也就是說經過藍色區域的光線會(hui) 由於(yu) 引力的作用而變得明顯彎曲（引力透鏡）。

子彈星係團

既然藍色部分並沒有太多的天體(ti) ，為(wei) 什麽(me) 會(hui) 表現出如此顯著的引力透鏡呢？唯一的答案：藍色區域充斥著大量的暗物質，是它們(men) 的引力作用才導致了光線的異常彎曲。

我們(men) 現在比較確信的說：明物質隻占整個(ge) 宇宙中的5%，暗物質占了大約26%，其餘(yu) 則是暗能量。

暗物質的存在也可以解釋：地球的五次生物大滅絕為什麽是有周期性的

我們(men) 知道五次生物大滅絕的平均周期大約是6200萬(wan) 年。而最近一次生物大滅絕是發生在6500萬(wan) 年前的白堊紀末期，並直接導致恐龍的滅絕。

我們(men) 知道太陽係圍繞銀河係中心公轉一周的時間大約是2.2億(yi) 年，而銀河係星盤中不同區域的暗物質分布並不一致，有的區域可能稠密，而有的區域可能稀疏。當太陽係公轉到暗物質稠密的地方時，會(hui) 受到暗物質的額外引力作用。

比如，地球上會(hui) 產(chan) 生更強的潮汐力，繼而在生物圈中引發多米諾骨牌效應，導致生物大滅絕。

而我們(men) 知道太陽係中有小行星帶以及蘊藏著無數個(ge) 彗星的奧特雲(yun) 。有的小行星和彗星的運動軌跡並不固定，甚至受到“風吹草動”般的引力幹擾就會(hui) 脫離原有軌道而亂(luan) 飛。

也許6500萬(wan) 年前的那顆撞擊地球的小行星就是由於(yu) 太陽係公轉到暗物質密度大的區域時引發的小行星引力波動，最終導致其脫離太陽的引力束縛而撞向地球。

正如麗(li) 薩·藍道爾自己說的那樣，她講的這些未必都是對的，但卻提供給人類一種新的理論理解宇宙和我們(men) 的世界。

已知圈越大，未知圈就越大，這正是一個(ge) 科學家應具備的謙卑態度。



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