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-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”，引導人們進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、統一場理論、大爆炸宇宙學等當今理論物理學研究的最前沿領域，都有重要貢獻。著名數學家、1982年菲爾茲獎章獲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家”。

　　霍金的理論確實是高深而難懂的，雖然他做了精心準備，且盡可能采用通俗的語言和事例，但聽眾想要跟上科學巨人的思想節奏，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，至少可以拿物理學博士。

　　聽不懂似乎并沒有影響人們與這位科學奇才“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。中科院數學與系統科學研究院的陶躍剛博士帶著即將就讀小學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的氛圍。據觀察，家長帶著孩子或同學結伴來的幾乎占了聽眾人數的2/3。

　　在長達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，就他在《膜的新奇世界》報告中提到的有關概念，請教上海師范大學天體物理聯合中心李新洲、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：即便把他關在果殼中，他仍然是無限空間之王。藝術與科學是相通的，莎翁和霍金原本就是他們各自領域中的無限空間之王。霍金認為，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)在演化中產生了今天宇宙的所有結構。

　　弦理論基本思想是什么？

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

　　弦理論則假設不存在粒子，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。弦理論認為，自然界中所發生的一切相互作用，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。他認為，時空就是一張推廣了的“膜”，不過，它是4維的，不同于我們日常看到的2維膜。物理學家從英文薄膜(menbrane)這個單詞中創造了一個弦理論的專用術語--膜(brane)。雖然已在學術界應用了10多年，但牛津詞典中恐怕還沒有將其收入進去。

　　M理論妙在何處？

　　上個世紀八九十年代，研究弦理論的學者提出了多種理論，最后形成5種互不相容的學說。這顯然有違弦理論研究者創立一種能夠調和廣義相對論與量子力學的大統一理論的初衷。

　　經過多年的努力，到了1995年科學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理論認為時空是11維(10維空間和1維時間)的，但為什么我們日常生活中所見的時空是4維的呢？霍金認為，存在著兩種可能的解釋，其一是認為所有的額外維數都非常小，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。

　　暗物質指的是什么？

　　恒星繞銀河系中心作緩慢的轉動，大約2億多年轉動一周。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當比靠近銀河系中心的慢。但是觀測結果并非如此，整個銀盤內恒星的運動速度大致相同。據此，天文學家認為，銀河系中存在著大量暗物質，它們中的大部分分布在銀盤的外圍，從而加快了這部分區域內恒星的運動速度。

　　不過，暗物質尚未得到物理學實驗的精確認證。

　　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

　　廣義相對論

　　10-維膜

　　超弦

　　黑洞

　　11-維超引力

　　P-膜

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