浩方游戏大杂烩:zhuantie:证明灵魂存在的科学实验；从相对论,量子物理学到超弦理论2

       相对论阐释时间与速度的相关：速度增加，时间延缓。对于以最大极速运动的光子来说，永恒只是一瞬间。这个理念为太空探索星际旅行提供了理论基础和可能。美国康乃尔大学行星研究所所长卡尔谢根氏记载：若是乘着接近光速的太空船飞行，以太空船的时钟计测，只要五十六年的时光即可飞行宇宙一周。可是，当旅程结束，返回地球时，地球的时间已经过数百亿年了。太阳已死灭，地球也已烧成黑炭。 
接近光速可使时间变慢，超过光速即可使时间倒流。1995年，德国物理学家古温特宁茨做了一个亚原子实验。他将一个短波信号一分为二，一半的信号象正常短波信号一样传播，对另一半信号，则在它前进途中，放置了“量子障碍物”。结果是：朝向量子障碍物发射的那个短波信号实际上以47倍光速的速度向外传播，在它被发出之前就被接收到了。这个实验表明：某些东西是能回到过去的。我们假使坐一架超光速的太空船飞行，就可以追着以前地球上所做种种事情发出的光线，因此就象观看反向的电影一样，可以看到清明元宋唐乃至汉周商夏等各朝代的人与事。七十年代以来，时间隧道、黑洞白洞等创说，即是在时间相对性基础上丰富发展起来的。 

         二十世纪相对论与量子论的兴起，对人类思维方式产生深远的影响。海森伯的测不准原理(又称不确定性原理)表明：想以任何种事先规定的精确度来同时描述一个原子粒子的位置和速度是不可能的。我们只能做到要么十分精确地测出原子的位置：这时观测仪器的作用掩盖了我们对速度的认识；要么是精确地测定速度而放弃对其位置的知识。测不准关系表明每一原子粒子图象各自具有测不准的一面，它足以避免各种不同图象之间的逻辑矛盾。基本粒子内具“波、粒”二象性。根据观察者的意念与观测手段的不同，基本粒子或显现波动、或显现粒子。一种状况显时，另一状况则隐。反之亦然，隐显俱成。在这里，观察者的意图起着重大的作用。一个量子力学系统在某个特定状态被观察得越频繁，该系统就越可能保持原来状态。表明人的心念与无生命物体存在着微妙的互动沟通。数学家哥德尔提出的不可判定性原理与海森伯的测不准原理具有异曲同工之妙。 
       根据现代宇宙学推测，大爆炸创生之初，产生了等量的物质和反物质。量子论的观测也表明，真空空间中不时地爆出粒子对(如电子与反电子)，在一个瞬间后又隐没于虚空。由这些资料可以推断，宇宙中可能存在反物质世界，1998年6月2日，美国发射的“发现号”，旨在捕捉反物质的踪迹。种种资料证明，宇宙万象犹如初八的月亮，半明半暗，明即是显，暗即是隐。隐处具显，显时含隐，隐显同在，随缘而现。

超弦与多维空间》

　　超弦理论认为，不存在粒子，只有弦在空间运动，各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。自然界中所发生的一切相互作用，所有的物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来解释。 
　　最为奇特的是，弦并不是在平常的三维空间运动，而是在我们无法想象的高维空间运动。我们过去关于空间的观念都是错误的，空间正在以一种陌生得令人惊讶的方式活动着。 

　　粒子的下面是什么？ 

　　众所周知，物质是由原子组成，而原子由原子核和电子组成，原子核又由质子和中子组成，质子和中子又由夸克组成。那么，夸克和电子又是由什么构成的呢？科学家发现，夸克和电子都不可再分了，似乎是没有内部结构的点粒子，因此把它们称为基本粒子。基本粒子是一切物质的基本单元，就像英语里的“字母”一样。 
　　但是，已知的基本粒子并不仅仅是夸克和电子两种，而是多达数百种，而且，每一种基本粒子都有它们的反粒子。我们现在把所有的基本粒子分为三大类，通常称为 “族”：轻子族，包括电子、中微子等；夸克族，包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克这六种夸克和各自的反夸克；媒介粒子族，包括光子、胶子等。非常奇怪的是，除了夸克和电子外，大部分基本粒子都不组成更大的物质结构，例如，中微子总是在宇宙中独来独往，不与其它物质发生相互作用；媒介粒子则只在其它粒子间传递力的作用；还有很多粒子像介子、超子等都极不稳定，通常在极短时间内衰变成其它粒子。 
　　我们知道，电子能像地球绕太阳旋转那样绕着原子核运动，但电子能不能也像地球那样进行自转呢？按理说，这是不可能的，因为物体在自转时，其转轴上有一个固定不动的中心点，电子既然是一个点状粒子，那它就不会有什么多余的“中心点”，它的自旋也就无从谈起。但科学家证实，电子仍然像地球那样，既公转，也自转，而且永远地以固定不变的速率旋转，这是电子自身固有的性质，称为“内禀自旋”。而且，所有的基本粒子都有与电子相同的自旋。 
　　然而粒子的自旋与地球自转是不一样的，地球的自转是连续的，粒子的自旋则是间隔性的，也就是说，它的自旋是一跳一跳着进行的。 
　　每一种粒子的所有成员都是相同的，我们不可能把两个电子或者中微子区别开来。而不同种类的粒子则有着明显的不同，其主要区别就在于它们的质量、电荷以及内禀自旋都各不相同。 
　　这些基本粒子性质各不相同的原因是什么？它们为什么在不停地自旋？这些不同的粒子还能不能找到更深层的、统一的内部结构？这些问题长期以来都在困绕着科学家们。 

　　为何有四种力？ 

　　进一步的问题就是，这么多不同种类的粒子是如何联系在一起的？假如宇宙是由很多微小的、相互间没有关系的物质微粒组成的，它们中的任何一个都是像被“隔离”的，那么，在这样的一个宇宙中，就会既无恒星，又无行星和生命，只是一个寂寞的、完全没有事件发生的微粒集合。 
　　幸运的是，事实并非如此，宇宙中存在着各种类型的力，是它们把散沙般的基本粒子结合在一起，组成了各种各样的物质，并安排了宇宙间的秩序。这些力从本质上都可归结为四种基本力：引力、电磁力、强力和弱力。 
　　这四种力的来源是不一样的。引力源于物体质量的相互吸引，两个有质量的物体间就存在引力，物体的质量越大，引力就越大。电磁力是由粒子的电荷产生的，一个粒子可以带正电荷，或者带负电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸。如果一个粒子不带电荷，则不受电磁力的影响，不会感受到排斥力和吸引力。强力主要是把夸克结合在一起的力，所以也叫核力。像电磁力一样，也起源于电荷，不过只是夸克间的电荷，物理学家称之为“颜色电荷”。弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应，像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的。 
 　　四种力的相对强度以及作用范围都有着巨大的区别。从相对强度上来说，假定以电磁力的强度为一个单位强度，则强力要比这个单位大出100倍，弱力只有 1/1000，引力小到几乎是可以忽略不计的：在微观世界中，它只有电磁力的10的40次方分之一！从作用范围上来说，引力的作用范围是宇宙范围的；电磁力的作用范围在理论上可以达到无限远，但实际上，大多数物体正负电荷相互抵消，其外部都呈电中性；而强力和弱力的作用范围则极小，只能在粒子范围内发生作用 

这四种强弱悬殊、性质各异的基本力，完全控制了我们的宇宙。 
　　现在问题又来了：为什么有四种基本力？为什么不是五种、三种或者一种？这四种力为什么如此不同？为什么强力和弱力只能在微观尺度上发挥作用，而引力和电磁力却具有无限的作用范围？还有，为什么这些力的固有强度会有那么大的差别？ 
　　最后的问题是，所有这些力有没有一个共同的根基？如果有，它们为何又分裂了？ 

　　相对论与量子理论的矛盾 

　　四种基本作用力的不同还导致了现代物理学两大支柱——相对论和量子理论——根深蒂固的矛盾。 
　　爱因斯坦的广义相对论是关于引力的理论。我们前面说过，引力源于物体质量的相互吸引，物体的质量越大，引力越大。但为什么物体的质量会产生引力呢？引力为什么很微弱却又能在宏观范围内起作用呢？比如说，两个人、两块大石头之间的引力几乎就是零，只有像太阳、地球、月亮这样宇宙中的星体，才有明显的引力作用。 
　　爱因斯坦把这个疑惑给解开了，他给出了一个出人意料却又合乎情理的解答：空间本身是有形状的，当没有任何物质或能量存在时，空间应该是平直光滑的，当一个大质量物体进入空间后，平直的空间就发生了弯曲凹陷，这就像一条拉得很平很直的床单上，当放进一个保龄球时，床单就凹陷下去，所谓引力就是因为这样的空间弯曲而导致的。地球在绕着太阳的轨道上运行，是因为地球滚入了太阳周边弯曲空间的一道“沟谷”，这就是我们通常所说的太阳对地球的引力作用。两个人、两块大石头之间的引力几乎不存在的原因就是，这么小的质量使空间的弯曲几乎为零。因此，普通物体之间的引力作用是可以忽略不计的。 
　　在这里，引力变成了漂亮的几何图景，引力本身并不存在，它只是空间的几何形变所引起的明显结果。引力的本质就这样被广义相对论圆满地解释了。
　　但空间的几何形变却解释不了其它三种力，电磁力、强力和弱力似乎都无法通过空间的褶皱来实现。爱因斯坦曾设想，所有的物质都是空间扭结和振动而形成，换句话说，我们看到的周围的一切，从树和云到天上的星星，都可能是一个幻觉，是某种形式的空间褶皱。若这种思想是正确的，另外三种力也必定与引力一样，是空间的几何形变所引起的必然结果，这样，四种力就统一到空间弯曲的几何学中了，空间弯曲的不同方式会造就不同的力。然而，在微观世界里，空间根本就不是平滑的，而是有无数的粒子在剧烈且永不停息地喧嚣，广义相对论的核心原理——光滑的空间几何概念，在这里被破坏殆尽。 
　　对另外三种力的解释需要量子理论来完成。量子理论研究微观世界里基本粒子的行为，在这个理论体系中，宇宙中所有的物质最终由数百种不同的基本粒子组成，由于质量小到几近于零，这些粒子的运动轨迹变化莫测，毫无规律可循。在这里，力是由粒子的交换而来的，电磁力是由光子交换而来，弱力是由弱规范玻色子交换而来，强力是由胶子交换而来。例如，两个带电粒子间的相互作用实际上是光子在两个粒子间往来“出没”的结果，两个带电粒子通过交换小小的光子而相互影响，这个过程有点儿像两个溜冰的人在传球，通过传球，两个人的运动状态都在受到影响。其它两种力的相互作用也是如此。 
　　但是，因空间弯曲所导致的引力是无法通过粒子交换而来的，而且，在微观世界里，粒子的自身质量不仅小到几乎没有，还总是在杂乱无章地运动，它们之间的引力从何谈起？因此，量子理论无法涵盖引力。 
 　　广义相对论（宏观）与量子理论（微观）不能统一，成为现代物理学最核心的灾难。人们很难相信，在宇宙的微观层面和宏观层面，居然不是一个统一连贯的整体，我们对宇宙最深处的认识居然是由两个分裂的理论拼接起来的。为了能让两个理论协调起来，物理学家做过大量的尝试，他们以这样那样的方法，要么修正广义相对论，要么修正量子理论。虽然一次次的努力都胆识惊人，但结果却一个跟着一个失败。 

终于，超弦理论来了。 

　　粒子怎样变成弦？ 

　　一连串的疑惑不得不使科学家认真考虑：也许在基本粒子内部存在一种更深层的结构，这种结构尚未被我们所理解。自20世纪60年代以来，在科学家孜孜不倦地努力下，一个新的理论逐渐浮出水面，这就是超弦理论。超弦理论认为，在每一个基本粒子内部，都有一根细细的线在振动，就像小提琴琴弦的振动一样，因此这根细细的线就被科学家形象地称为“弦”。 
　　拨动吉他一根弦，你会听到一个音。拨动另一根弦，你会听到另一个不同的音调，因为不同的弦振动的模式不同。一个音乐家通过一个吉他的六弦合奏，使这些弦在不同频率振动，便可创造出无数美妙的音乐。像琴弦的不同振动模式弹出不同的乐音那样，粒子内部的弦也有不同的振动模式，只不过这种弦的振动不是产生什么音乐，而是产生一个个粒子。不同粒子的性质由弦的不同振动行为来决定，电子是以某种方式振动的弦，上夸克又是以另一种方式振动的弦，如此等等。 
　　弦与粒子质量的关联是很容易理解的。弦的振动越剧烈，粒子的能量就越大；振动越轻柔，粒子的能量就越小。这也是我们熟悉的现象：当我们用力拨动琴弦时，振动会很剧烈；轻轻拨动它时，振动会很轻柔。而依据爱因斯坦的质能原理，能量和质量像一枚硬币的两面，是同一事物的不同表现：大能量意味着大质量，小能量意味着小质量。因此，振动较剧烈的粒子质量较大，反之，振动较轻柔的粒子则质量较小。 
　　依照弦理论，每种基本粒子所表现的性质都源自它内部弦的不同的振动模式。每个基本粒子都由一根弦组成，而所有的弦都是绝对相同的。不同的基本粒子实际上是在相同的弦上弹奏着不同的“音调”。由无数这样振动着的弦组成的宇宙，就像一支伟大的交响曲。 
　　在量子理论中，每一个粒子还具有波的特性，这就是波粒二象性。现在我们明白了，粒子的波动性就是由弦的振动产生的。 
　　以前，我们想象所有的物质粒子都是点状的东西，没有空间大小。但现在我们明白了，那一个个点粒子其实并不是一个个实体的点，而是包含有一片片更微小的空间结构，这样的空间结构的振动乍看起来像是一个个点，是因为我们目前还没有更精微的探测技术。 
　　物理学家还发现，弦的振动模式与粒子的引力作用之间存在着直接的联系。同样的关联也存于弦振动模式与其它力的性质之间，一根弦所携带的电磁力、弱力和强力也完全由它的振动模式决定。 

　　弦如何运动？ 

　　弦本身很简单，只是一根极微小的线，弦可以闭合成圈（闭弦），也可以打开像头发（开弦）。一根弦还能分解成更细小的弦，也能与别的弦碰撞构成更长的弦。例如，一根开弦可以分裂成两根小的开弦；也可以形成一根开弦和一根闭弦；一根闭弦可以分裂成两个小的闭弦；两根弦碰撞可以产生两个新的弦。 
　　但是当一根弦在时空中移动时，它就没那么简单了。弦的运动是如此的复杂，以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹，必须有高达十维的空间才能满足它的运动（十维空间是数学方程计算的结果）。就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成，而必须在三维空间中完成一样。 
　　点粒子内部的空间不是三维的，可能还有很多维，这似乎非常不可思议，不过，认真想起来，高维空间的存在完全是合理的。为了看清这一点，我们可以举一个水管的例子。我们知道，水管的表面是二维的，但是当我们从远处看它时，它却像是一维的直线。这是为什么呢？原来，水管的那两维很不一样，沿着管子伸展方向的一维很长，容易看到；而容易绕着管子的那一个圆圈维很短，“卷缩起来了”，不容易发现。你必须走近水管，才能看清绕着圆圈的那一维。 
 　　这个例子表明了空间维度的一个微妙而又重要的特征：空间维有两种。它可能很大延伸得很远，能直接显露出来；它也可能很小，卷缩了，很难看出来。水管比较粗大，绕着管子的那一维很容易就看到。假如管子很细——像一根头发丝或毛细管那样细，要看那卷缩的维可就不那么容易了。 
　　在最微小的尺度上，科学家业已证明，我们宇宙的空间结构既有延展的维，也有卷缩的维。就是说，我们的宇宙有像水管在水平方向延伸的、大的、容易看到的维 ——我们寻常经历的三维，也有像水管在横向上的圆圈那样的卷缩的维——这些多余的维紧紧卷缩在一个微小的空间，即使用我们最精密的仪器也根本不能探测它们。 
　　那些看不见的维可能会有多小呢？我们最先进的仪器能探测到百亿亿分之一米的结构，如果那些维度卷缩得比这个尺度还小，我们就看不见了。科学家的计算表明，卷缩的维可能小到普朗克长度（即10的负33次方厘米），是目前的实验远远不可能达到的。
为什么需要多维空间？ 

　　理解了宇宙的空间有更多维存在，再回过来看相对论与量子理论是如何产生矛盾的，我们就很容易理解了：这两个理论在日常的三维空间里是不可能统一的，它们的矛盾是必然的，只有在高维空间里才能得到统一。 
　　为了更好地理解这一点，我们可以举一个三维世界和二维世界的例子。我们首先假设有一些生活在二维平面世界的生命，它们的世界里只有长和宽，根本无法理解第三维——“高”这一维。因此，它们对三维世界的感知只限于三维物体在平面世界的投影，或者三维物体与平面世界的接触面，试想一想，一个平面生命怎么能够通过投影来想象三维物体的丰富性和完整性呢？当三维物体与平面世界接触时，三维物体在平面世界上的零碎片段，比如一张桌子的四根脚柱、人印在地面上的两双鞋印，更让平面生命摸不着头脑——这些拼不到一起的碎片究竟意味着什么呢？它们不能想象，四片互不相连的印迹怎么会构成一张完整的桌子呢？那断断续续的鞋印上怎么会有一双完整的鞋呢？而且，鞋的上面竟然还有一个更加完整的人！用二维的眼光来打量这些碎片，你永远不可能将它们拼成一个整体。 
　　于是有一天，一个足智多谋的平面生命偶然想出一个绝妙的主意。它宣布，平面世界之外还有一个“向上”的第三维，如果顺着这些碎片“向上”看，其实碎片是一个完整的整体！这真是个惊人的见解，大多数平面生命都困惑不解。 
　　相对论和量子理论的遭遇与这种情况非常相似，在我们的三维空间里，它们就像两块互不相干的碎片，永远也拼合不到一起。但把空间“向上”抬一抬，把宇宙变为十维空间，相对论和量子理论这两块看似互不相干的碎片就会令人震惊地结合得天衣无缝，成为一个更完整的理论大厦的两根互相依存的支柱！虽然我们在三维空间中无法想象和描述一个多维的空间，但我们却能通过复杂的数学方程推导出它的存在。 

　　多维空间如何裂开？ 

　　在宇宙的极早期，它诞生的10的负43次方秒内，它的直径仅有10的负33次方厘米，含有丰富的十维空间，所有的空间维都平等地卷缩在一起。在那样的空间中，宇宙的能量极高、温度极高，所有四种力都融为一体，相对论和量子理论可以归结为一个理论。 
　　但是，这样高维度、高能量、高温度的空间是极不稳定的，就像胀气太多的气球，于是大爆炸发生了。维度被解散、能量发散、温度降低。三维的空间和一维的时间无限延伸开来，逐渐形成了我们今天可感知的宇宙；而另外六维的空间则仍然卷缩在普朗克尺度（即10的负33次方厘米）以内。 
　　当宇宙处在1032K这样极高的温度（这温度比我们得到的太阳的温度高1026倍）时，引力与其他大统一力分离开来，引力随着宇宙的膨胀而不断延伸成长程力。随着宇宙进一步胀大和冷却，其它三种力也开始破裂，强相互作用力和弱－电力剥离开来。 
　　当宇宙产生10的负9次方秒之后，它的温度降低到了1015K，这时弱－电力破缺为电磁力和弱相互作用力。在这一温度，所有四种力都已相互分离，宇宙成了由自由夸克、轻子和光子组成的一锅“汤”。稍后，随着宇宙进一步冷却，夸克组合成质子和中子。它们最终形成原子核。在宇宙产生3分钟后，稳定的原子核开始形成。 
 　 当大爆炸发生30万年后，最早的原子问世。宇宙的温度降至3000K，氢原子可以形成，其不至于由碰撞而破裂。此时，宇宙终于变得透明，光可以传播数光年而不被吸收。 
　　在大爆炸发生100至200亿年后的今天，宇宙惊人的不对称，破缺致使四种力彼此间有惊人的差异。原来火球的温度现在已被冷却至3K，这已接近绝对零度。 
　　这就是宇宙的演变史，随着宇宙的渐渐冷却，力将解除相互的纠缠，逐步分离出来。首先引力破裂出来，然后强相互作用力，接着弱力，最后只有电磁力保持不破缺。 
　　 
　　空间中的裂缝 

　　超弦理论还给我们带来一个更加令人震惊的结果：我们的空间结构居然是离散的，而不是连续的！在我们的日常经验中，空间和时间总是无限可分的，但事实却大谬不然。空间和时间都有自己的最小值：空间的最小尺度为10的负33次方厘米，时间的最小值是10的负43次方秒。因为当空间小到10的负33次方厘米后，时间和空间就会融为一体，空间维度就会高达十维，在这样的情况下，即使空间还能分割，那也是我们目前所不能了解的了。 
事实上，量子理论就是关于“离散的量”理论，“量子”一词的含意就是“一个量”或“一个离散的量”。早在1900年，量子理论刚诞生时，科学家们就发现，在微小的粒子世界，能量是一份一份发出的，而不是连续发出的。就像人民币的最小单位是“分”，乒乓球只能一个一个地买，而不能半个半个地买，这些都是日常生活中关于事物不可无限分割的例子。 
　　虽然当时科学家已经知道了粒子能量的不连续性，但他们却不知道为何有这种不连续性，只是被迫接受而已。但现在我们都知道了，这与空间的不连续性密切相关。正是由于空间有最小的、不可分割的单位，才会影响到基本粒子的能量发射方式。 
　　现在，我们基于时间和空间是连续的旧理论必须被抛弃，在普朗克尺度下，弦是一段一段的，开弦就是一段线，闭弦就是一个圆圈，每一个弦片携带的都是一份一份的动量和能量。 
　　空间具有一个最小的、不可分割的值，这个不可思议的现象会导致什么样的结果呢？我们很容易想到：我们宏观的空间结构是由一份份最小的空间包组合起来，在这一份份的空间包中间，极有可能存在着我们无法探测的空间裂缝！所谓“虫洞理论”中在空间中凿开一个洞口的设想，从理论上来说真的是可行的，这就是寻找相邻空间包之间的裂缝，然后用难以想象的高能量轰开这个裂缝，一个虫洞就出现了！可以说，小小的十维空间包以及它们之间的裂缝存在于我们空间的每一个角落，只要我们有足够的能量，我们可以在任何地方凿开一个“虫洞”。 

　　大统一的宇宙 

　　今天，我们深深知道，浩瀚宇宙中所有纷繁复杂的现象都可以追溯到同一个源头，人类发现的大大小小的规律最终都可以被一个根本的规律所囊括。为了理解这一点，我们以地球生命的发展为例，我们人类不同的人种都可以追溯到同一个起源，以此类推，生命只有一个源头。 
　　宇宙中所有星系的起源也同样能够追溯到同一个源头，太阳系中的星体都起源于同一个星云，所有的星云都起源于相同的分子，所有的分子都由那几百种基本粒子演变而来。这样，顺着时间之流一直向上溯源，我们终于来到了大爆炸开始的时刻，在这里，空间、时间和物质都是融为一体的，一切都归结为一点。 
　　宇宙从同一点出发，经过了100多亿年的漫长岁月，进化出一个复杂多变的世界，但不管这个世界是如何千变万化，在所有现象的背后，都有一个最根本的规律在运行，这就是宇宙起点时的源头规律。这个规律就是一个包罗万象的规律。 
　　这就是超弦理论，它建构了宇宙开始时刻的十维空间图象，随着十维空间的崩裂，超弦理论也分裂成两个理论——相对论和量子理论，此后，随着物质丰富性的增加，它们又分裂成更多的理论。今天，我们不断向上回溯，终于描绘出了宇宙大统一的图景：一个极具玄秘色彩的十维宇宙。


http://book.sina.com.cn/nzt/liangzishihua 
《量子物理史话 第十二章 新探险五》：

　　人们自然而然地问，为什么有6个维度是蜷缩起来的？这6个维度有何不同之处？为什么不是5个或者8个维度蜷缩？这种蜷缩的拓扑性质是怎样的？有没有办法证明它？因为弦的尺度是如此之小(普朗克空间)，所以人们缺乏必要的技术手段用实验去直接认识它，而且弦论的计算是如此繁难，不用说解方程，就连方程本身我们都无法确定，而只有采用近似法！更糟糕的是，当第一次革命过去后，人们虽然大浪淘沙，筛除掉了大量的可能的对称，却仍有5种超弦理论被保留了下来，每一种理论都采用10维时空，也都能自圆其说。这5种理论究竟哪一种才是正确的？人们一鼓作气冲到这里，却发现自己被困住了。弦论的热潮很快消退，许多人又回到自己的本职领域中去，第一次革命尘埃落定。 

　　一直要到90年代中期，超弦才再次从沉睡中苏醒过来，完成一次绝地反攻。这次唤醒它的是爱德华威顿。在1995年南加州大学召开的超弦年会上，威顿让所有的人都吃惊不小，他证明了，不同耦合常数的弦论在本质上其实是相同的！我们只能用微扰法处理弱耦合的理论，也就是说，耦合常数很小，在这样的情况下5种弦论看起来相当不同。但是，假如我们逐渐放大耦合常数，它们应当是一个大理论的5个不同的变种！特别是，当耦合常数被放大时，出现了一个新的维度--第11维！这就像一张纸只有2维，但你把许多纸叠在一起，就出现了一个新的维度--高度！ 

　　换句话说，存在着一个更为基本的理论，现有的5种超弦理论都是它在不同情况的极限，它们是互相包容的！这就像那个著名的寓言--盲人摸象。有人摸到鼻子，有人摸到耳朵，有人摸到尾巴，虽然这些人的感觉非常不同，但他们摸到的却是同一头象--只不过每个人都摸到了一部分而已！格林(Brian Greene)在1999年的《优雅的宇宙》中举了一个相当搞笑的例子，我们把它发挥一下：想象一个热带雨林中的土著喜欢水，却从未见过冰，与此相反，一个爱斯基摩人喜欢冰，但因为他生活的地方太寒冷，从未见过液态的水的样子(无疑现实中的爱斯基摩人见过水，但我们可以进一步想象他生活在土星的光环上，那就不错了)，两人某天在沙漠中见面，为各自的爱好吵得不可开交。但奇妙的事情发生了：在沙漠炎热的白天，爱斯基摩人的冰融化成了水！而在寒冷的夜晚，水又重新冻结成了冰！两人终于意识到，原来他们喜欢的其实是同一样东西，只不过在不同的条件下形态不同罢了。 

　　这样一来，5种超弦就都被包容在一个统一的图像中，物理学家们终于可以松一口气。这个统一的理论被称为"M理论"。没人知道这个"M"确切代表什么意思，或许发明者的本意是指"母亲"(Mother)，说明它是5种超弦的母理论，但也有人认为是"神秘"(Mystery)，或者"矩阵"(Matrix)，或者"膜"(Membrane)。 

　　在M理论中，时空变成了11维，由此可以衍生出所有5种10维的超弦论来。事实上，由于多了一维，我们另有一个超引力的变种，因此一共是6个衍生品！这时候我们再考察时空的基本结构，会发现它并非只能是1维的弦，而同样可能是0维的点，2维的膜，或者3维的泡泡，或者4维的…我想不出4维的名头。实际上，这个基本结构可能是任意维数的：从0维一直到9维都有可能！M理论的古怪，比起超弦还要有过之而无不及。 

　　不管超弦还是M理论，它们都刚刚起步，还有更长的路要走。虽然异常复杂，但是超弦/M理论仍然取得了一定的成功，甚至它得以解释黑洞熵的问题--1996年，施特罗明格(Strominger)和瓦法(Vafa)的论文为此开辟了道路。在那之前不久的一次讲演中，霍金还挖苦说："弦理论迄今为止的表现相当悲惨：它甚至不能描述太阳结构，更不用说黑洞了。"不过他最终还是改变了看法而加入弦论的潮流中来。M理论是"第二次超弦革命"的一部分，如今这次革命的硝烟也已经散尽，超弦又进入一个蛰伏期。PBS后来在格林的书的基础上做了有关超弦的电视节目，在公众中引起了相当的热潮。或许不久就会有第三次第四次超弦革命，从而最终完成物理学的统一，我们谁也无法预见。 

　　值得注意的是，自弦论以来，我们开始注意到，似乎量子论的结构才是更为基本的。以往人们喜欢先用经典手段确定理论的大框架，然后在细节上做量子论的修正，这可以称为"自大而小"的方法。但在弦论里，必须首先引进量子论，然后才导出大尺度上的时空结构！人们开始认识到，也许"自小而大"才是根本的解释宇宙的方法。如今大多数弦论家都认为，量子论在其中扮演了关键的角色，量子结构不用被改正。而广义相对论的路子却很可能是错误的，虽然它的几何结构极为美妙，但只能委屈它退到推论的地位--而不是基本的基础假设！许多人相信，只有更进一步地依赖量子的力量，超弦才会有一个比较光明的未来。

我们曾经以为的客观现实已被打破，在这片废墟上渐渐诞生了一门“新物理学”：这是一种以信息概念为出发点研究万物的学科，它雄心勃勃地想要重新定义时间、空间和物质。它的最终目标，就是探索一个新的世界——我们的世界。新一代的物理学家们已经下定决心要解开这个结果的密码。

奇特的全息照片

一般照相机照出的照片都是平面的，没有立体感。用物理术语来说， 
得到的仅是二维图像，很多信息都失去了。当激光出现后，人类才
得到了全息照片。所谓全息照片就是一种记录被摄物体反射（或透射）光 
波中全部信息的先进照相技术。全息照片不用一般的照相机，而要用一台 
激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上，称为 
物光束；另一束直接照到感光胶片即全息干板上，称为参考光束。当光束 
被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过 
程。全息照片和普通照片截然不同。用肉眼去看，全息照片上只有些乱七 
八糟的条纹。可是若用一束激光去照射该照片，眼前就会出现逼真的立体 
景物。更奇妙的是，从不同的角度去观察，就可以看到原来物体的不
同侧面。而且，如果不小心把全息照片弄碎了，那也没有关系。随意
拿起其中的一小块碎片，用同样的方法观察，原来的被摄物体仍然能
完整无缺地显示出来。


《客观现实是否存在，或者宇宙是一个幻像？》
原文：Michael Talbot 翻译：鲁宓

     1982年，一件惊人的事发生了。在巴黎大学由物理学家Alain Aspect所领导的一组研究人员，他们进行了一项也许会成为二十世纪最重要的实验。Aspect和他的小组发现，在特定的情况下，次原子的粒子们，例如电子，同时向相反方向发射后，在运动时能够彼此互通信息。不管彼此之间的距离多么遥远，不管它们是相隔十尺或十万万里远，它们似乎总是知道相对一方的运动方式，在一方被影响而改变方向时，双方会同时改变方向。这个现象的问题是，它违反了爱因斯坦狭义相对论没有任何通讯能够超过光速。由于超过了光速就等于是能够打破时间的界线，这个骇人的可能性使一些物理学家试图用复杂的方式解释Aspect的发现。但是它也激发了一些更有革命性的解释。例如，伦敦大学的物理学家David Bohm相信Aspect的发现是意味著客观现实并不存在，尽管宇宙看起来具体而坚实，其实宇宙只是一个幻象，一个巨大而细节丰富的全息摄影相片。 
       要了解为什么Bohm会做出如此惊人的假设，我们必须首先了解什么是全息摄影相片。全息摄影相片是靠雷射（激光）做出的一种三度空间立体摄影相片。要制作一张全息摄影相片，物体首先必须用一道雷射光束照射，然后第二道雷射光束与第一道光束的反射产生绕射的图案（两道光束交集的地区），被记录于底片上。底片洗出后，看起来像是无意义的光圈与条纹组合。但是当底片被另一道雷射光束照射时，一个三度空间的立体影像就会出现在底片中（这不同于一般印刷式的所谓全息相片，只有狭窄的角度可见立体影像。真正的全息摄影相片是没有角度限制，而且必须用雷射光才可见影像）。 
      影像的立体不是全息摄影唯一特殊之处。如果一朵玫瑰的全息相片被割成两半，然后用雷射照射，会发现每一半都有整个玫瑰的影像。事实上，即使把这一半再分为两半，然后再分下去，每一小块底片中都会包含著一个较小的，但是完整的原来影像。不像平常的相片，全息相片的每一小部份都包含著整体的资料。 

       全息相片的这种「整体包含于部份中」的性质给予我们一个全新的方式来了解组织与秩序。历史上的科学多半是基于一种偏见，认为要了解任何事物现象，最好的方式是分解事物，研究事物的部份。全息摄影教导我们，宇宙中可能有事物不会配合这项假设。如果我们试著把某种全息摄影式结构组成的事物分解开来，我们不会得到部份，而会得到较小的整体。 
这项理论使Bohm建立了另一种用来了解Aspect发现的解释。Bohm相信次原子的粒子能够彼此保持联系，而不管它们之间的距离多远，不是因为它们之间来回发射著某种神秘的信号，而是因为它们的分离是一种幻象。他说在现实的某种较深的层次中，如此的粒子不是分离的个体，而是某种更基本相同来源的实际延伸。 

《宇宙是意识的全息投影》

头脑是全息摄影机 

        Bohm不是唯一发现宇宙是一个全息摄影式幻象的研究者。在脑部研究的领域中，史坦福大学的脑神经学家Karl Pribram也分别独立地相信现实的全息式本质。 
        Pribram研究脑部是如何储存记忆，因而被全息式结构模型所吸引。近几十年来，许多研究显示，记忆的储存不是单独地限于特定的区域，而是分散于整个脑部。在一九二零年代的一连串历史性的实验中，脑部科学家Karl Lashley发现，不管老鼠脑部的什么部位被割除（声明：反对动物实验），都不会影响它的记忆，仍旧能表现手术前所学到的复杂技能。唯一的问题是当时没有人能提出一套理论来解释这种奇怪的「整体存在于每一部份」的记忆储存本质。 
        到了一九六零年代，Pribram接触到全息摄影的观念，才发现了脑神经科学家一直在寻找的解释。Pribram相信记忆不是记录在脑神经细胞中，或一群细胞中，而是以神经脉冲的图案横跨整个脑部，就像雷射绕射的图案遍布整个全息摄影的底片上。换句话说，Pribram相信头脑本身就是一个全息摄影机。 
       Pribram的理论也解释了人类头脑如何能在那么小的空间中储藏那么多的记忆。曾经有人估计人类头脑在人的一生中能够记忆约一百亿位（bits)的资料（大约是五套大英百科全书）。相似的，除了其它功能之外，全息摄影也具有惊人的资料储存容量—只要改变两道雷射照射底片的角度，就可以在同一张底片上记录许多不同的影像。有人示范过，在一公分立方的方块底片上可以储存一百亿位的资料。 
 如果脑部是根据全息摄影的原理来操作，我们就比较容易了解我们那特殊的能力，能迅速从我们那庞大的记忆仓库中取出所需的任何资料。如果一个朋友要你告诉他，当他说「斑马」这个字时，你会想到什么。你不需要笨拙地搜寻某种巨大的脑部字母档案才能得到一个答案。相反地，一些联想，如「条纹」，「马」，和「非洲野生动物」等会立刻跳入你的脑中。的确，人类思考过程的一项最惊人的特征是，每一件数据都似乎与其它所有资料相互连接。——这也是全息摄影幻象的另一项基本特性。因为全息摄影幻象的每一部份都与其它部份交互关连着，这也许是大自然交互关连系统的最终极例子。 
 
世界是全息相片 

       在Pribram的全息式脑部模型的启发下，记忆的储存不只是脑部科学唯一稍获解答的谜。另一项谜题是脑部如何翻译它从感官所得到的大量波动（光波，声波，等等），使之成为我们知觉的具体世界。记录与解读波动正是全息摄影最擅长的。正如全息摄影像是某种镜头，某种传译的工具，能把显然无意义的波动图案转变为连贯的影像，Pribram相信脑部也有一个镜头，使用全息式原理来数据式地把经由感官收到的波动转变为我们内在知觉的世界。 
       有大量的证据显示，脑部是使用全息式原理来进行操作。事实上，Pribram的理论得到了越来越多脑神经学家的支持。阿根廷籍的意大利脑神经研究者Hugo Zucarelli最近把全息式模型应用到听觉的世界中。他迷惑于人脑在即使只有一只耳朵有听觉的情况下，也能够不用转头就侦测出声音的来源方向。Zucarelli发现全息式原理可以解释这种能力。Zucarelli也发展出全息式音响的科技，一种录音的技术，能够几乎真实无误地重新复制出声音现象。 
       Pribram相信我们的脑部根据外在波动的输入，以数学方式建立出「坚硬」的现实。这种想法也得到许多实验上的支持。实验发现，我们感官对于波动的敏感度要比我们先前所认为的远为强烈。例如，研究者发现我们的视觉对声波也很敏感，我们的嗅觉是与我们现在称为oamic的波动有关，而甚至我们体内的细胞也对很广大范围的波动敏感。如此的发现使我们推论，只有在全息式的知觉领域中，这种波动才能被整理归类为正常的知觉。 

物质世界是大幻象 

       但是当Pribram的全息式脑部模型与Bohm的理论放在一起时，才显现其最令人匪夷所思的地方。因为如果这个世界的坚固只是一种次要的现实，而真正「存在」的是一团全息摄影式的波动，而如果头脑也具有全息式结构，只从这团波动中取出部份的波动，数学式地转换成感官知觉，那么客观现实是什么呢？简单地说，客观现实就停止了存在。正如东方宗教的教义，物质世界是一种maya，一种幻象。虽然我们也许以为我们是实质的生物，活在一个实质的世界中，这也是一个幻象。我们其实是漂浮在一个充满波动的大海中的「接收者」，我们从这个大海中抽取出来，并转变成实质世界的波动，只是这个超级全息式幻象的许多波动之一。 

       这种对于现实的惊人新观点，Bohm与Pribram的合成理论，被称为全息式模型理论（holographic paradigm)。虽然一些科学家持怀疑态度，但这个理论风靡了世界。一群人数逐渐增加的研究者相信，这也许是科学到目前为止，关于现实最准确的模型。更有甚者，有些人相信它可以解释许多科学以前未能解释的神秘现象，甚至使“超自然”也成为自然的一部份。 
        许多研究者，包括Bohm与Pribram，注意到许多超心理学的现象在全息式模型理论下变得较为容易了解。在这个宇宙中，个别的头脑实际上是一个大全息结构的个别部份，而一切都是相互连结的，心电感应其实就是进入了全息式的层次。如果一个分别的个体A的意念能够传送到个体B的脑中，如果这两个分离的个体原来已经是连接的，这种现象就很容易了解。同样的，以精神力量来移动远处事物的能力（psychokinesis)也变得比较不神秘，因为在一个具有无限连接的宇宙中，个体与被移动的物体已经是一体的。 
         Bohm与Prigram也指出，许多宗教或神秘经验，如与宇宙合一的超越体验，或许也是因为进入了全息式领域之中。如他们所言，也许过去许多伟大的神秘体验者所谈论的一种“宇宙一体”的感觉，只是因为他们知道如何进入他们心灵中一切真正与宇宙合一的那部份。 

回溯前世的记忆 

        全息式模型理论也受到其它科学领域的慎重注意。Stanialav Grof，马里兰心理研究中心的主任及霍普金斯大学医学院心理学系助理教授，相信全息式模型理论可以解释心理学上许多的不解之谜。Grof特别感觉到，全息式模型理论提供了一套模型来了解许多人在知觉转换状态（altered states of consciousness)中会经验到的怪异现象。 
       在一九六零年代，Grof研究使用LSD（一种迷幻药）做为心理治疗工具的利弊。他有一名病人，回溯她曾经是一条史前时代的雌性爬虫。在她的迷幻状态中，她不仅提供了极丰富的详细描述，说明了她被困在这种爬虫身体中的感觉，同时描述了在雄性爬虫身上最具有吸引力的部位是头两侧的一块彩色鳞片区域。使Grof惊讶的是虽然那名女人事前没有对这种爬虫的知识，之后他从一位动物学家处得到证实，爬虫头部的彩色部位在吸引异性爬虫方面扮演重要角色。 
        那位女人的经验并不独特。在他的研究过程中，Grof遇到的病人们回溯并代表了几乎在进化史上的所有生物（这个研究发现影响了电影《替换状态》（Altered States)中的人退化为猿猴的情节）。还有，他发现如此的经验时常包含了隐晦的动物学细节，而后来证实是正确的。 
        退化回动物（回溯前世的记忆）并不是Grof研究中唯一令人迷惑的心理现象。他也有病人回溯进入了某种集体的或族群的潜意识中。没有接受多少教育的人突然能详细地描述波斯祅教和印度教的仪式。在其它的经验中，有人能给予令人信服的灵魂出体报告，或预见未来，或倒退回前世的回忆。 
       在后来的研究中，Grof发现，即使在没有使用迷幻药物的治疗会谈中，相同的现象也会发生。因为在如此经验中的相同要素是，个体的意识升华超越了平常自我的界限，或时空的限制，Grof称此现象为「超个人经验」（transpersonal experiences)。在六十年代晚期，他创立了心理学的一支，称为「超个人心理学」（transpersonal psychology)，专注于此类的研究。 

全息式模型理论的应用 

        虽然Grof新创立的超个人心理学得到了专业学者的支持，成为受人尊敬的心理学流派，但是这几十年来Grof和他的同僚都无法提供一个理论体系来解释他们所看到的奇异心理现象。但是全息式模型理论的出现改变了情况。如Grof最近所言，如果心灵的确是一个整体的一部份，这个整体像一个巨大的迷宫，不仅连接一切心灵，包括过去、现在、未来，同时也连接一切原子，一切生物，及时间与空间本身的无限，那么心灵偶尔会涉足于这个迷宫中，产生超个人的经验，就似乎不足为奇了。 
        全息式模型理论也可以应用到所谓的基础科学,如生物学。维琴尼亚州Intermont大学的心理学家Keith Floyd指出，如果现实世界只是一个全息式的幻象，那就不能再说脑部产生意识，而是意识创造了脑部以及身体，还有环绕着我们四周的一切，被我们当成实质的世界，都是意识所创造的。 

      如此对世界和生物结构的观点逆转，使研究者指出医学及我们对于医疗程序的了解也可被全息式模型理论所改变。如果身体的实质结构只不过是意识的全息式投射，那么，我们每个人对于自身健康的责任就要大大超过目前医学知识所容许的。现在我们视之为奇迹式的疾病康复，就可以得到解释：由于意识的改变，而影响了全息式身体的改变。同样的，令人争议的新医疗技术，如意念的想象，之所以会如此有效，是因为在全息式的领域中，意念的影像是与「现实」一样的真实而有效。 
        甚至在「非寻常现实」（non-ordinary reality）中的异象与经验，也可以在全息式模型理论之下得到解释。生物学家Lyall Watson在他的书《未知事物的礼物》（Gift of Unknown Thing）中描述，他与一位印度尼西亚巫士的接触，她借着表演一种仪式舞蹈，能够使一整排树瞬间消失在空气中。Watson说他和惊讶的旁观者继续观看巫士，她使树群重新出现，然后又消失，又出现了好几次。虽然目前的科学无法解释此类事件，但是如果「坚硬」的现实只是全息式的投影，如此的经验就有理可循。也许我们公认什么是「存在」或「不存在」的，只是因为我们所谓共识下的现实，是架构于人类的潜意识中一切心灵都相互连接的领域。 
         如果这是真实的，这会是全息式模型理论中最重要的意义所在，因为这表示如Watson的经验之所以是不寻常的，只是因为我们没有设计我们的心灵来相信如此经验是真实的。在全息式的宇宙中，我们改变现实结构的可能是无止境的。目前我们所知觉的“现实”只是一幅画布，等待我们着手画任何我们想要的图画。任何事都有可能，从用意念的力量来弯曲汤匙（我们一般人做不到这些只是由于功能处于蒙蔽状态，就象聋人听不到声音不是包括耳朵在内的听音系统不存在了，而是功能障碍），到人类学家Castaneda与亚基印地安巫士Don Juan的奇幻经验。因为这并不比我们在梦中创造现实的作法更为神奇！ 
         的确，甚至连我们过去对现实最基本的看法都成为可疑的，因为在一个全息式的宇宙中，如Pribram指出，甚至连随机偶发的事件都可视为是根据全息式原理，因此是经过（自然规律）安排的。世界上没有偶然和巧合，同步的或有意义的巧合都不是意外，而现实的一切都可视为一种隐喻，因为连最偶然的事件都隐藏着因果的平衡和必然。 
        不管Bohm和Pribram的全息式模型理论会不会被科学界接受，但是可以确定的是，它已经对于许多科学家的思考产生了深刻影响。就算将来可能发现全息式模型理论并不足以解释次原子粒子之间的瞬间通讯现象，至少，如伦敦Birbeck大学的物理学家Basil Hiley所言，Aspect的发现显示我们“必须准备对现实采取革命性的新观点”。