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蟲洞理論、超弦與多維空間的基本知識(shí)
（作者未知） 2011/8/30
（接上頁）弦，如此等等。
弦與粒子質(zhì)量的關(guān)聯(lián)是很容易理解的。弦的振動(dòng)越劇烈，粒子的能量就越大；振動(dòng)越輕柔，粒子的能量就越小。這也是我們熟悉的現(xiàn)象：當(dāng)我們用力撥動(dòng)琴弦時(shí)，振動(dòng)會(huì)很劇烈；輕輕撥動(dòng)它時(shí)，振動(dòng)會(huì)很輕柔。而依據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能原理，能量和質(zhì)量像一枚硬幣的兩面，是同一事物的不同表現(xiàn)：大能量意味著大質(zhì)量，小能量意味著小質(zhì)量。因此，振動(dòng)較劇烈的粒子質(zhì)量較大，反之，振動(dòng)較輕柔的粒子則質(zhì)量較小。
依照弦理論，每種基本粒子所表現(xiàn)的性質(zhì)都源自它內(nèi)部弦的不同的振動(dòng)模式。每個(gè)基本粒子都由一根弦組成，而所有的弦都是絕對(duì)相同的。不同的基本粒子實(shí)際上是在相同的弦上彈奏著不同的“音調(diào)”。由無數(shù)這樣振動(dòng)著的弦組成的宇宙，就像一支偉大的交響曲。
在量子理論中，每一個(gè)粒子還具有波的特性，這就是波粒二象性�，F(xiàn)在我們明白了，粒子的波動(dòng)性就是由弦的振動(dòng)產(chǎn)生的。
以前，我們想象所有的物質(zhì)粒子都是點(diǎn)狀的東西，沒有空間大小。但現(xiàn)在我們明白了，那一個(gè)個(gè)點(diǎn)粒子其實(shí)并不是一個(gè)個(gè)實(shí)體的點(diǎn)，而是包含有一片片更微小的空間結(jié)構(gòu)，這樣的空間結(jié)構(gòu)的振動(dòng)乍看起來像是一個(gè)個(gè)點(diǎn)，是因?yàn)槲覀兡壳斑�沒有更精微的探測(cè)技術(shù)。
物理學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，弦的振動(dòng)模式與粒子的引力作用之間存在著直接的聯(lián)系。同樣的關(guān)聯(lián)也存于弦振動(dòng)模式與其它力的性質(zhì)之間，一根弦所攜帶的電磁力、弱力和強(qiáng)力也完全由它的振動(dòng)模式?jīng)Q定。
弦如何運(yùn)動(dòng)？
弦本身很簡單，只是一根極微小的線，弦可以閉合成圈（閉弦），也可以打開像頭發(fā)（開弦）。一根弦還能分解成更細(xì)小的弦，也能與別的弦碰撞構(gòu)成更長的弦。例如，一根開弦可以分裂成兩根小的開弦；也可以形成一根開弦和一根閉弦；一根閉弦可以分裂成兩個(gè)小的閉弦；兩根弦碰撞可以產(chǎn)生兩個(gè)新的弦。
但是當(dāng)一根弦在時(shí)空中移動(dòng)時(shí)，它就沒那么簡單了。弦的運(yùn)動(dòng)是如此的復(fù)雜，以至于三維空間已經(jīng)無法容納它的運(yùn)動(dòng)軌跡，必須有高達(dá)十維的空間才能滿足它的運(yùn)動(dòng)（十維空間是數(shù)學(xué)方程計(jì)算的結(jié)果）。就像人的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜到無法在二維平面中完成，而必須在三維空間中完成一樣。
點(diǎn)粒子內(nèi)部的空間不是三維的，可能還有很多維，這似乎非常不可思議，不過，認(rèn)真想起來，高維空間的存在完全是合理的。為了看清這一點(diǎn)，我們可以舉一個(gè)水管的例子。我們知道，水管的表面是二維的，但是當(dāng)我們從遠(yuǎn)處看它時(shí)，它卻像是一維的直線。這是為什么呢？原來，水管的那兩維很不一樣，沿著管子伸展方向的一維很長，容易看到；而容易繞著管子的那一個(gè)圓圈維很短，“卷縮起來了”，不容易發(fā)現(xiàn)。你必須走近水管，才能看清繞著圓圈的那一維。
這個(gè)例子表明了空間維度的一個(gè)微妙而又重要的特征：空間維有兩種。它可能很大延伸得很遠(yuǎn)，能直接顯露出來；它也可能很小，卷縮了，很難看出來。水管比較粗大，繞著管子的那一維很容易就看到。假如管子很細(xì)——像一根頭發(fā)絲或毛細(xì)管那樣細(xì)，要看那卷縮的維可就不那么容易了。
在最微小的尺度上，科學(xué)家業(yè)已證明，我們宇宙的空間結(jié)構(gòu)既有延展的維，也有卷縮的維。就是說，我們的宇宙有像水管在水平方向延伸的、大的、容易看到的維 ——我們尋常經(jīng)歷的三維，也有像水管在橫向上的圓圈那樣的卷縮的維——這些多余的維緊緊卷縮在一個(gè)微小的空間，即使用我們最精密的儀器也根本不能探測(cè)它們。
那些看不見的維可能會(huì)有多小呢？我們最先進(jìn)的儀器能探測(cè)到百億億分之一米的結(jié)構(gòu)，如果那些維度卷縮得比這個(gè)尺度還小，我們就看不見了�？茖W(xué)家的計(jì)算表明，卷縮的維可能小到普朗克長度（即10-33厘米），是目前的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不可能達(dá)到的。
為什么需要多維空間？
理解了宇宙的空間有更多維存在，再回過來看相對(duì)論與量子理論是如何產(chǎn)生矛盾的，我們就很容易理解了：這兩個(gè)理論在日常的三維空間里是不可能統(tǒng)一的，它們的矛盾是必然的，只有在高維空間里才能得到統(tǒng)一。
為了更好地理解這一點(diǎn)，我們可以舉一個(gè)三維世界和二維世界的例子。我們首先假設(shè)有一些生活在二維平面世界的生命，它們的世界里只有長和寬，根本無法理解第三維——“高”這一維。因此，它們對(duì)三維世界的感知只限于三維物體在平面世界的投影，或者三維物體與平面世界的接觸面，試想一想，一個(gè)平面生命怎么能夠通過投影來想象三維物體的豐富性和完整性呢？當(dāng)三維物體與平面世界接觸時(shí)，三維物體在平面世界上的零碎片段，比如一張桌子的四根腳柱、人印在地面上的兩雙鞋印，更讓平面生命摸不著頭腦——這些拼不到一起的碎片究竟意味著什么呢？它們不能想象，四片互不相連的印跡怎么會(huì)構(gòu)成一張（未完，下一頁）
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