《Hypersapce》和《The Shape of Inner Space》
“唯有宇宙和人类的愚笨是永世的” 这是一部绚丽的物理史诗，这是一串光耀后世的姓名。 他们是：牛顿，高斯，黎曼，麦克斯韦尔，爱因斯坦，杨振宁，罗摩奴詹，霍金，维藤……（且慢，最近十年，我们只能在文娱版看到的杨教员，居然能够和那些巨匠比肩吗？能够的！以杨教员和他的学生命名的杨－米场，即所谓规范模型，胜利地解释、整合了四种自然力中的三种）
第五届索尔维会议合影 后排左起：A.皮卡尔德，E.亨利厄特，P.埃伦费斯特，Ed.赫尔岑， Th.顿德尔（德康德），E.薛定谔，E.费尔夏费尔德，W.泡利，W.海森堡，R.H.否勒，L.布里渊 中排左起：P.德拜， M.克努森，W.L.布拉格， H.A.克莱默，P.A.M狄拉克， A.H.康普顿，L.德布罗意，M.波恩，N.玻尔 前排左起：I.朗缪尔，M.普朗克，居里夫人，H.A.洛伦兹，A.爱因斯坦，P.朗之万，Ch.E.古伊，C.T.R.威尔逊，O.W.里查逊 上世纪初，一位比利时的实业家欧内斯特·索尔维创建了索尔维会议。1911年，第一届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开，以后每3年举行一届。1927年10月，第五届索尔维会议召开，由于发轫于这次会议的A.爱因斯坦与N.玻尔两人的大争辩，这次索尔维会议被冠之以“最著名”的称号。 那么，这些聪慧的头脑到底有多聪慧？ 我们普遍接受这样一个结论，即我们现存的这个宇宙来源于一次大爆炸，英文叫做“Big Bang！”1
但是，原子物理学家绝不能够止步在如此初级的常识上。他会通知你，创世的刹那，是如下的演化阶段： 话说：一切，开端于10E^- 43 秒……（10的负43次方秒，也称为普朗克时间2，人类已知的最小时间存在。普朗克时间=普朗克长度/光速。光速定义值：c=299792458m/s=299792.458km/s。请留意了，这是一个定义值，而不是一个丈量值。
普朗克
普朗克常数 普朗克常数记为h，是一个物理常数，用以描画量子大小。在量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研讨物体热辐射的规律时发现，只需假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地中止的，计算的结果才干和实验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率。
普朗克常量-内部结构模型图 言归正传，创世的刹那：
创世时间表 # 10E－43秒，十维宇宙团结成一个四维宇宙和一个六维宇宙。六维宇宙解体，缩成10E－32公尺。四维宇宙（我们今天所在的宇宙）则疾速爆炸，此时的温度高达10E32（10的32次方）度； # 10E－35秒，大一统作用力3崩解；
大一统理论 # 10E－9秒，电弱对称崩解，此时的温度是10E15度； # 10E－3秒，夸克4开端凝聚，中子与质子呈现，此时的温度是10E14度；
詹姆斯乔伊斯和《芬尼根的守灵夜》 《芬尼根的守灵夜》的手稿 # 3分钟，质子与中子5开端凝聚成稳定的原子核；
新西兰货币：我制造了波浪 # 30万年，电子开端凝聚在原子核周围，第一个原子呈现； # 30亿年，第一个似星体(quasar)呈现; # 50亿年，第一个星系呈现； # 100～150亿年，太阳系降生，又经过数十亿年，地球上呈现了第一个生命。 这个时间表，是哪位大神写的科幻小说吧？NO！这是目前曾经成为众多科学家普遍共识的创世时间表。 的确，表中所述的那个数量级上的时间、长度、温度等等一切的数值，没有任何一个是能够直接丈量的，由于目前我们人类的技术和工具水平，还远远不能企及到那个数量级。但是，人类的心智却做到了。这个时间表里面的每一个数字的背地，都是一堆紧密的公式和演算，都有一群知名或者不知名的物理学家和数学家，他们是我们人类最聪慧的大脑。 回到时间表的第一个事情，“十维宇宙团结”6，这就是我们今天的主题了：超维度空间。让我们一同看看，两百年来，科学家们是如何探求世界的本源的。
从一维空间到十维空间的阐明：
让我们先厘清一个重要概念： 维度和多维宇宙 一只在直线上行走的毛毛虫只能前后移动，所以， 我们把直线或曲线叫做：一维空间； 一只阿米巴扁平虫能够在球面上前后左右移动，所以， 我们把平面或曲面叫做：二维空间； 一只鸟在我们的空间能够上下前后左右移动，所以 ，我们的空间叫做是：三维空间； （加上时间一维，我们的世界是四维的，合称时空。在这个时空中你要精确标定一个点，需求四个数字，好比：淮海路、马当路交界，二楼，下午四点。） 依此类推…… 假如，有人通知你，多维空间（四维以上）的人，看着我们的保险柜或房子时基本就是内外了如指掌，就像我们看着二维平面上的圆圈一样，你会不会大惑不解、无法想象、或者毛骨悚然？ 当然，关于眼见为凭来说，这其实涉入了一个哲学难题。假如眼见才是真实的，那么高维度的对象就不是真实的。但从另一个角度来看，人不外是动物中的一种，阿米巴扁平虫只能感知二维的世界，我们如何证明我们所能感知的所谓真实，岂不是也受限于我们自己的认知条件？ 必须招认的事实是： 人类的大脑和眼睛，只是为了对付三维空间和四维时空的各种状况演化出来的，因而它们不具备辨识和解析高维度空间物体的才干。 超弦理论以为：宇宙真正的时空，其实是一个十维的空间，其中四维是爱因斯坦的时空流形（也就是我们的日常生活空间），另外一个和它垂直的还有一个很小很小的六维流形。在这个十维空间中，有一种最小单位的弦纵横其中。以类比的说法，十维空间是宇宙这座大琴的音箱，拨动这些弦构成不同的音高与音色，于是产生不同的基本粒子，进而展开出一切的物质与作用力。 （最新的M理论7，有别于超弦理论，以为宇宙是从十一维开端演进的。）
M理论结构图 只需四种自然力
两千年来，科学家曾经发现我们宇宙的一切现象，都能够简化成四个作用力： 1、电磁力（electromagneticforce)：包含电力、磁力和光自身，合称为电磁力。电荷（磁级）正负相同为排斥力，相反为吸收力。由光子传送，与电量成正比，距离成反比。长程力，在四种力中第2强。 2、 强核力 9 (strong nuclearforce)： 是夸克之间的吸收力，由胶子传送（约束质子和中子于原子核中的是其附加效果由π介子传送）。在有效距离内，距离越大，力约大。短程力，在四种力中最强，也是恒星熄灭能量的自然力，氢弹的爆炸正是运用强核力的原理。
3、弱核力 (weak nuclearforce)：弱核力左右了部分放射性物质的衰变形态，是构成β衰变一类的衰变的力。由希格斯粒子(W+、W-、Z0)传送，较弱，短程力，作用在夸克级的粒子。是四种力中第3强的。 4、 重力 10 (gravitational force，或称引力）： 由引力子传送，与质量成正比，距离成反比。长程力，在四种力中最弱。
伽利略，当时在比萨大学数学系任职 为何要统一自然力？ 一旦人类将一切的作用力整合成一个超作用力，这时会有什么突破？ 关于这一点，物理学家 Paul Davies 11 写到： “我们能够改动时空的结构，了解宇宙万物的来龙去脉，让物质变得头头是道。控制超作用力后，我们便能恣意地组合与改动粒子，制造出史无前例的物质形态。我们以至能左右空间的维度数，制造出具有不可思议属性的人工世界。我们将成为宇宙的主宰。”
保罗戴维斯的《上帝和新物理学》 回看一下人类控制“力”的历史： 人类降生的历史超越数千万年，在99.99%时间里，人类能够控制的能量只是双手和肌肉的力气，大约只需八分之一马力； 十万年前，随着手持工具的发明，人类的能量输出倍增，抵达一又四分之一马力； 牛顿发现 万有引力 12 和运动定律，让力学被简化成条理分明的方程组。现代机械原理催生出蒸汽机，人类控制的能量抵达数十到数百马力；
麦克斯韦尔 13 方程式，启迪了爱迪生等发明家，人类进入电力时期，能量级数取得飞跃，极大地改动了人们的生活。
麦克斯韦尔 13方程组
你和我将长相厮守 在生机盎然的春潮里 我的神灵曾经穿越如此宽广的寰宇？ 我这就将我的整个生命 导入这生机盎然的春潮 将真正使三个自我 穿越这世界的广袤 爱因斯坦的相对论为人类翻开了核能应用的时期，人类控制的能量提升到足够摧毁自己所寓居的行星的水平。 下面，就让我们依照时间次第，回想一下人类整合四种自然力的进程： （本文固然触及诸多专有词汇，但我们尽量直白描画。了解这些前辈的巨大思想其实不难，并不需求多少艰深的专业学问，只需：一点常识＋一点逻辑＋一点耐烦。） 第一个走进这段物理史诗的，是一位数学家：黎曼。 黎曼，支持爱因斯坦的伟人 牛顿曾经说：“假如说我比他人看得更远些，那是由于我站在了伟人的肩上”。依照牛顿的这种说法，黎曼毫无疑问正是支撑起爱因斯坦的那个伟人。 一八五四年六月十日，一套新的几何学降生了。黎曼在德国哥廷根大学发表了著名的演说，彻底撼动了两千年来从未被动摇过的欧几里德几何学。 黎曼是位数学奇才，高中时期只用区区六天时间完整吸收了《数论》（Theory ofNumber)，那是一部八百五十九页的晦涩巨著。 黎曼应战希腊几何学，以为纵然欧几里德的数学运算极为精确，它的根基却只是常识与直觉的流沙，而不是扎实的逻辑推演结果。 好比，欧式几何说三角形三个内角之和等于一百八十度，但这个看似简单的问题，在数学史上却历来没有被紧密证明过！而且，假定我们身处弯曲名义的世界，这个公式就不成立了。（行文至此，我们必须向欧几里德先生表白诚挚的敬意！每次想到他老人家两千多年前写就的《几何原本》至今依旧是全世界的中学课本，我就毛骨悚然！那些至今未被紧密证明过的公理，一个生活于公元前300年的希腊人是如何发现的呐？假如这个世界有“神迹”，欧先生当之无愧是其中之一！） 说回到黎曼，他的研讨范畴以至延伸到电学，他以为电力与磁力实践上是同一种作用力的不同表象。据此他展开出作用力新解，作出了牛顿两百年以降的初次划时期严重突破，彻底推翻了牛顿的超距作用准绳，他以为：作用力源自于几何学，作用力只是由于几何结构扭曲所构成的必定现象。（牛顿以降，科学界以为作用力是一种两个遥距物体的即时交互作用，一个物体能够即时影响距离一段距离的其他物体的运动。 我们总结一下黎曼的巨大之处：
黎曼英年早逝，并未找出电力与磁力的场方程式，也没有计算出空间要褶皱到什么水平才足以描画不同的作用力，这几项重要展开留给了麦克斯韦尔和爱因斯坦。
黎曼猜测 狭义相对论，光速恒定 E＝mc 我们赞誉阳光！它不只孕育了的生命，同时也照亮了人类的思想。爱因斯坦，是那个御光飞行、穿越时空的人。 爱因斯坦小时分，常以简单问题自问自答：“假如你追上一束光线，它看起来是什么样子？你会不会看到一束静止的光波，冻结在时间中？”这个问题，让他在后五十年里，带领人类走进了时空神秘之旅。 十六岁时，爱因斯坦发现世界上似乎并没有能够追上光速的东西。二十六岁时，他用紧密的数学证明了这一发现。在瑞士专利局担任低阶职员的他，用麦克斯韦尔的场方程式推导出狭义相对论（special relativity）。 用一句话概括狭义相对论，那就是：光速在任何恒动架构里恒为常数。这个定理名义上看并不显眼，但确是人类心灵的最巨大成就之一！ 爱因斯坦指出，无论我们怎样加速，无论我们自身的速度如何，人们所能丈量的光速是一样。 关于这一结论，爱因斯坦给出了超脱凡俗的解释，他以为：招致这个结果的缘由是：时间变慢了！（这是石破天惊的一句）也就是说，我们移动的越快，我们的时钟就走得越慢，我们的量尺也越短，所以，我们丈量的光速是不变的。 爱因斯坦进一步思索：那么，简直一切的物体都必须运用时钟与量尺来丈量，既然时间和量尺都是变更的，所以我们必须校正一切的物理量（quantity），于是他导出了下一个严重的结论：质量是从能量来的。 这个结论，一举推翻了十九世纪的两大物理发现：质量守恒和能量守恒。自此以后，质量与能量被视为单一单位：质-能（matter-energy）。 二十六岁的爱因斯坦同时给出了质能变动的方程式，那就是著名的 E＝mc。 让我们再来跟随一下狭义相对论的推导过程： 光速恒定时间变慢质量不恒定“质量-能量”相互转换E＝mc 侠义相对论，统一了“时-空”，也统一了“质-能”。 统一了“时-空”以及“质-能”之后的爱因斯坦，进一步思索“时空”与“质能”之间的关系，也就是狭义相对论所疏忽的加速度，还有重力。 这招致了他的下一个庞大成就：广义相对论。 广义相对论，空间弯曲力学＝几何学 再次，爱因斯坦由一个简单问题开端：“假如一个人处于自由落体状态，他就不会觉得到自己的体重？”爱因斯坦透过这个简单问题控制了重力的基本特性：在加速度架构下的自然律和重力场的定律是一样的。这就是所谓等效原理（equivalence principle）。 透过等效原理，爱因斯坦重新思索关于光速的问题： 光速会受重力影响吗？答案是肯定的，重力场会扭曲光线的行进道路。 但是！但是，依据费玛最短时间原理，光线会采取两点之间的最短时间途径，爱因斯坦再次得出一个令人震慑的结论：假如我们能够观测到光线以曲线行进，那就意味着空间自身是弯曲的！（光以曲线行进这一预测，曾经被后人的无数次实验重复证明。）
广义相对论
广义相对论阐明图
广义相对论动态图 巨大的爱因斯坦进一步得出结论：质能的存在构成周围时空的弯曲。 我们前面讲过，数学家黎曼早在一八五四年就提出了作用力与空间弯曲的关系，并提出了重力场论。爱因斯坦应用黎曼的研讨成果，用数学方式表白了他自己的物理学新发现，这就是广义相对论（general relativity）。 让我们再来跟随一下广义相对论的推导过程： 光线以曲线行进＋光线走两点间最短时间途径空间是弯曲的“质-能”构成“时-空”弯曲力学＝几何学 爱因斯坦的巨大，止步于他的第三次尝试。 在狭义和广义相对论之后，他终其终身研讨统一场论（unifiedfield theory ），简单说，就是试图寻觅一个公式，能够同时描画光与重力。可惜，他最终没有胜利。 对这一问题给出答案的，是Theodor Kaluza和Oskar Klein两位科学家，他们的理论我们称之为“克鲁查-克莱因理论”，简单说，这个理论就是：在五维空间里，将光与重力的理论统一了起来。 可是，第五维到底在哪里？克鲁查说：第五维曾经崩解成一个圆圈，它的体积真实太小了，连原子都装不下，因而也无法丈量。一九二六年，克莱因以至计算出第五维的尺寸只需10E－33公分（10的负33次方），而探测如此微小距离所需求的能量也就是是所谓蒲朗克能量（Planckenergy），相当于10E 20亿电子伏特，百万兆倍于质子蕴藏的能量。 克鲁查-克莱因理论在当时并未收到普遍关注和普遍认同，领一时习尚之先的是另一套全新的理论：量子力学（quantum mechanics）（码了这么多字，原子物理学家终于退场了！） 量子力学，整合三种自然相互作用力 一九二五年，以薛丁格 15 （ErwinSchrdinger）和海森堡 16 （WernerHeisenberg）为代表的一组科学家，曾经对原子运动给出了几近完好的数学描画，我们称之为量子力学。
TED TALK：薛定谔的猫
这是一套与黎曼、爱因斯坦学说悬殊的解释自然力的理论，它的主要理论观念包含： 1、作用力是由于不连续的能量包交流而产生（也就是量子：quanta）； 2、不同的作用力的产生来自于不同量子的交流； 3、我们永远无法同时知道次原子粒子的速度及其位置； 这就是著名的海森堡测不准定理，这个听起来不怎样靠谱的定理，却是半个世纪以来最经得起任何实验应战的一个定理，至今，还没有任何一个实验结果违犯了这一条定理。 所谓次原子粒子：就是比原子还要微小的粒子。海森堡测不准定律在哲学上的意义在于，它从物质构成的最底层，将一切事物的产生和构成，都解释为机率的一个表示，而不是一个必定的结果！换句话说，就是没有所谓客观存在，也没有所谓必定结果。这一条，彻底撼动了唯物主义的基石。 4、粒子有可能以有限机率中止穿隧或量子腾跃，并穿越不可渗透的障碍物。 听起来各种不靠谱是吗？但是！这个理论不只重复被实考证明，而且人们以至依据该理论制造出了隧道二极管（tunnel diode，或称江崎二极管）。 量子力学以光子（也就是光的量子）为例，以为弱作用力和强作用力是源于能量量子的交流，并称之为“杨－米场”，这是杨振宁和他的学生米尔斯于一九五四年发现的理论。 你造吗？杨教员年轻的时分有多牛逼！到一九七O年代，杨－米场曾经能够解开一切核子物质的秘密，能够解释有关于次原子粒子的任何实验数据。在解释电子与光的交互作用时，其精确度抵达千万分之一，号称是有史以来最精确的理论。科学界对这个理论如此有自信心，致使于称之为“规范模型”（Standard Model）。 量子力学经过五十年的展开，胜利地整合了四种自然作用力的三种：强作用力＋弱作用力＋电磁力。但是，包含杨振宁自己在内的许多科学家都以为，规范模型一定不是最终的大一统理论，主要缘由是该模型并不包含重力！ 历史地看，能够这么说：量子力学只是依据次原子粒子的部格名义特性做了整理，却未对它们的来源做出任何阐明。 超重力论，十一维空间统合四种作用力 统合量子理论和重力，以发明出一个“万有理论” 17 （Theoryof Everything），这个问题波折了二十世纪最聪明的心智，包含爱因斯坦、海森堡等等一众科学界的巨擎和大碗，但均不可得。
一九七六年，纽约州立大学石溪分校的三位物理学家写下了超重力理论。简单说，这个理论对黎曼的“度量张量”模型中止研讨，简直完成了爱因斯坦统合已知作用力的幻想。 他们发现，在一个十一维的度量张量模型里，包含了自然界里简直一切的粒子与作用力：爱因斯坦的重力理论、杨－米场与麦克斯韦尔场、还有夸克与轻子。如图所示：
（图中的括弧，代表一个十一维的黎曼度量张量场。假如把它简化成四维，就是爱因斯坦的重力场；进步它的维度数，我们就能够推导出麦克斯韦尔方程组和规范化模型；最终，在十一维度，统合了代表四种作用力的一切方程组。） 超重力理论固然在模型上统合了四种作用力，但它的缺陷在于在很多关键节点上没有细致量化的数学模型和公式。所以只能成为迈向宇宙统一理论慢慢征途上的一块铺路石。新的，也是最强大有力的物理学计划曾经退场，它就是：超弦理论（Superstring Theory） 超弦，统合一切作用力和自然律 一九六八年，超弦理论被意外发现。 当时，两位年轻的理论物理学家在欧洲核子研讨中心（CERN）意外发现十九世纪数学家尤拉完成的尤拉贝塔函数（Euler betafuncation）居然契合简直一切描画基本粒子强交互作用所需的全部特质。
超弦理论图示 什么是弦论呢？爱因斯坦在后半生中，不时在寻觅统一场论，即一个能在单独的应有尽有的数学框架下描写自然界一切力的理论。他盼望以前人从未胜利抵达过的明晰来提示宇宙活动的奇妙，由此而展示的自然界的动人美丽和文雅。 往常，相当一部分物理学家置信他们终于发现了一个框架，有可能把这些学问缝合成一个无缝的整体：一个单一的理论，一个能描画一切现象的理论，这就是弦论。它正在完成当年爱因斯坦满怀热情追求的统一理论的理想。 弦论能够用来描画引力和一切基本粒子。它的一个基本观念就是自然界的基本单元, 如电子、光子、中微子和夸克等等, 看起来像粒子，实践上都是很小很小的一维弦的不同振动方式，正如小提琴上的弦。 弦理论中的宇宙弦(我们把弦论中的弦称作超弦,以免与普通的弦混杂)能够作某些方式的振动。每种振动方式都对应有特殊的共振频率和波长。一切的基本粒子, 如电子、光子、中微子和夸克等等，都是宇宙弦的不同振动方式或振动激起态。 每条宇宙弦的典型尺度约为长度的基本单位，即普朗克长度（10E -33厘米）。弦真实是太细微了，从远处察看，我们真实无法分辨它究竟是弦的共振还是粒子。只需当我们把粒子放大，我们才干看出那根不是一个点状粒子，而是一种振动弦。 依照超弦理论，粒子并非是宇宙的基本元素，物理定律就相当于琴弦的合音定律。弦论博大精深，能够解释一切的自然基本定律。 简言之, 假如把宇宙看作是由宇宙弦组成的大海，那末基本粒子就像是水中的泡沫, 它们不时在产生, 也不时在湮灭。我们理想的物质世界, 其实是宇宙弦演奏的一曲绚丽的交响乐 ! 以至包含生命复杂信息和编码的去氧核糖核酸（DNA）分子，也是相似弦的结构。弦，是能够贮存大量数据的最精简的方式之一。 超弦理论，以及在其基础上展开起来的弦场理论，统合了一切的自然律和作用力，菲尔兹奖章（诺贝尔奖没有设立数学奖，菲尔兹是数学界的最高奖项）取得者维藤说：“一切物理学上的巨大思想，都是超弦理论的副产品。” 罗摩奴詹，确立十维宇宙 超弦理论似乎包含了一切的物理学学问，极端广博精深。许多科学家以为，这是二十一世纪的物理学，意外落入二十世纪，但是人类还没有发明二十一世纪的数学，来精确描画它。 有一个严重秘密：我们只能在二十六维与十维中定义弦论，否则就无法用弦论整合已知的物理定律。解开这个秘密的，是堪比当年黎曼的另一位数学天才罗摩奴詹（Srinivasa Ramanujan）。
罗摩奴詹 罗摩奴詹一八八七年出生于印度，少时坎坷，以至没有经过升高三的考试。二十六岁那年，他给著名数学家哈代写了一封信，信中包含了一百二十个定理。这位贫穷孤立的印度哥们，完整不知道欧洲数学界的任何研讨资讯，地道凭个人才智、依照自己的措施，重新推导出欧洲百年数学史的一切重要定律。 罗摩奴詹的研讨成果包含了三册四百多页的笔记，其中包含了四千多个公式。后人在此基础上总结出了罗摩奴詹模函数 18 （Ramanujan funcation），这是一个奇特的包含了高达二十四次乘幂的数学式。 这些数学式证明：弦论只需在十维中才是自洽的。 也就是说，产生我们现存宇宙的那个高维度宇宙，它的维度数一定是十！（1994年开端了弦论的第二次反动。尔后降生的“M理论”被以为是最新的大一统理论模型，M理论以为：历史上五种不同的弦论在实质上被证明是等价的，它们能够从11维时空的M理论导出。）
罗摩奴詹相关函数
罗摩奴詹基本等于神的一切 写到这儿，这一段物理诗史基本能够告一段落。从黎曼、爱因斯坦的重力场，到量子力学，到超重力论，到超弦理论，到M理论，人类历史上这些巨大的聪慧头脑，前赴后继探寻宇宙的谬误，曾经为我们描画了宇宙降生的全过程，也就是开端于10E－34秒的创世时间表。 让我们一同看看，弦论以降，科学到底是怎样解释我们所存在的这个宇宙的： 宇宙的生灭 一、宇宙的降生 正如我们之前所引见的那样，创世的刹那，开端于“大爆炸”BigBang，自10E－34秒开端，历经150亿年构成我们今天的宇宙。 宇宙“大爆炸”的实考证据主要有以下四点： 1、经由丈量恒星光线的扭曲的现象，一再证明恒星正以高速远离我们而去，而且，离我们越远的恒星或星系，会以越高的速度远离我们而去； 2、“大爆炸”理论预测宇宙中氦与氢的比例应该接近25% : 75%，实践丈量数据与该预测高度吻合； 3、经过对放射性物质衰变的丈量，我们能够为地球上的岩石和陨石断年，目前没有发现任何物体能够追溯到“大爆炸”之前； 4、“大爆炸”产生了宇宙回音，这种微波辐射至今仍在宇宙回响，一九六五年，人类侦测到了这个微波背景辐射 19 （microwave backgroundradiation）。
宇宙降生时间轴 二、宇宙的消亡 我们先看看每颗恒星的生命进程： 恒星由大量氢气聚合构成，氢元素融合构成氦，由于氢质子的重量超越氦质子的重量，因而氢聚合成氦时就会有多余的质量，这些质量依据爱因斯坦的质－能公式E＝mc成为能量，这个能量将原子核约束在一同，并将部分能量释放出来，使太阳发光发热。 之后，经过数十亿年时光，氢气逐步耗尽，核熔炉逐步熄灭，重力成为优势作用力使恒星两次塌陷，恒星温度此时会急剧升高，成为“红巨星”，再然后成为“白矮星” 20 ，“白矮星”爆炸成为“超新星”和“中子星”，中子星由于重力继续塌陷，最后成为“黑洞”。
宇宙的消亡
Chandrasekhar limit 钱德拉塞卡极限指白矮星的最高质量，约为（3× 10的30次方）公斤，是太阳质量的1.44倍。这个极限是由钱德拉塞卡计算出的。 在1935年皇家天文学会的会议上，24岁的钱德拉塞卡终于得到宣读自己论文的机遇。在当时，恒星的白矮星阶段被以为是一切恒星演化过程的最终阶段。但是钱德拉塞卡的计算表明，当恒星质量超越某一上限时，它的最终归宿将不会是白矮星。 当钱德拉塞卡在会上宣读完自己的论文后，当时天体物理学界的权威爱丁顿走上讲台。他当众把钱德拉塞卡的讲稿撕成两半，宣称其理论全盘皆错，缘由是它得出了一个“十分古怪的结论”。听众顿时爆发出笑声。会议主席以至没有给这位年轻人争辩的机遇。 与爱丁顿的争论持续了几年，没有一个权威科学家愿意站出来支持钱德拉塞卡。最后，他终于明白应该完整放弃这个研讨课题。在1937年到了芝加哥大学以后不久，他把自己的理论写进了一本书里，然后不再去理睬它。 差未几30年后，这个后来被称为“钱德拉塞卡极限”的发现得到了天体物理学界的公认。然后又过了20年，钱德拉塞卡取得了诺贝尔奖。1983年，当他从瑞典国王手中接过诺贝尔奖章时，已是两鬓花白的垂垂老者。 在这一进程中，恒星内部的元素依照“分离能量曲线“依次变更。
恒星中的氢元素依照这个曲线一再融合成为更重元素之后便会抵达铁，而无法再制造出额外的能量，这时，恒星解体并释放出大量热量，超新星于焉降生，这种猛烈爆炸将星体炸碎并将残骸遍洒星际空间，成为孕育新恒星的种子。 在描画完恒星的生命周期后，我们再看看包含无数颗恒星并见证无数次恒星生灭的宇宙自身，它将何去何从？ 依据爱因斯坦的广义相对论，宇宙的结局无限悲泣。要么，就是不时收缩，直到温度接近绝对零度；要么，就是大崩坠，收缩成一团火球。假如宇宙是一个无限边疆的开放宇宙，它就会被“冰”消灭；假如宇宙是一个有边疆的封锁宇宙，它就会被火消灭。 物理学家经过平均密度来判别宇宙到底是不时收缩还是会逆转走向大崩坠，假如宇宙平均密度小于10E－29 克/立方公分，宇宙就会不时收缩，否则，将会堕入大崩坠。 量子力学还描画了另外一种宇宙消亡的情形，那就是质子和中子衰变。依据大一统理论，我们所知道的一切物质，包含太阳系和地球、也包含聪慧生物身体内的质子和中子最终都会合成。 问题是：产生宇宙大爆炸之前是什么？ 在了解了恒星乃至整个宇宙的生命进程之后，必须求回答的问题是：在这个刹那之前呐？能否有那个第一推进力？或者说，能否有那个点燃Big Bang的上帝存在呐？ 数百年来，随同着科学发现的不时积聚，宗教界关于上帝存在的坚持曾经退守到这样一个境地，那就是说：大霹雳之前到底发作了什么？牛顿生前并没有能够解答这个关于“第一推进”的问题，他把它归功于“上帝之手”。 但事实上，以超弦理论为集大成者，今天的科学家群体，不只给出了BigBang创世之后的宇宙展开进程（包含宇宙消亡的进程），同时也给出了Big Bang之前的宇宙存在的假说，那就是关于平行宇宙、黑洞、虫洞等相关理论。这些理论在解答了“第一推进”这个疑问的同时，再次撼动了上帝存在的证明。 昔日尼采有言“上帝已死”，往常霍金在《大设计》第一页上就宣称“哲学已死”，由于 “哲学跟不上科学，特别是物理学现代展开的步伐”。这是一个极为狂妄的“宣言”。他的意义是，世界本源是一切哲学流派的终极思索，而往常科学界曾经给出了世界本源和宇宙展开的全部解释，所以，哲学的任务曾经终结了。 的确！“唯物”、“唯心”，以至“客观存在”，都曾经被量子理论、超弦理论彻底动摇！ 与此同时，上帝也被霍金“扫地出门”，他在《大设计》末尾宣称：由于存在像引力这样的规律，所以宇宙能够“无中生有”，自发作成能够解释宇宙为什么存在，我们为什么存在。所以“不用祈求上帝去点燃导火索使宇宙运转”。也就是说，上帝往常不再是必要的了。（请参看霍金《哲学已死》，朱清时《物理学步入禅境：缘起性空》） 霍金，平行宇宙
黑洞是使霍金名满天下的研讨，在那之后，他创建了量子宇宙学（quantumcosmology），以爱因斯坦的古典宇宙学为动身点，再将整个宇宙量子化，试图完成那个前辈物理学家的未竟事业“统一场论，统合小到夸克、大到银河星际以至整个宇宙的一切自然律。事实上，霍金的理论以至远远超出了我们的宇宙！ 他的新想象是将整个宇宙看成一个量子粒子，用宇宙波函数来描画多重宇宙（不止一个，是无数个宇宙）的无量汇合。依照霍金的理论，我们的宇宙，只是无数的平行宇宙之一，每个宇宙都透过复杂的虫洞系统与其他宇宙相连结。
假如霍金说的没错，世上就存在着无数的平行宇宙。其中很多宇宙具有不同的物理常数，大多数宇宙都是一片死寂，不具备孕育生命的物理定律。但是在某一个宇宙中，它的物理定律恰恰契合生命的条件，这就是我们的宇宙。 假如这种理论属实，我们就不用把生命的来源归诸于上帝。 宇宙飞行 & 遁入高维度宇宙 前文说过，太阳系乃至这个宇宙，究竟难逃消亡的命运。那么，聪慧生物能否作为宇宙的一部分因而最终难逃消亡的宿命呐？ 我们的希望，就在十维宇宙和超弦理论！ 依照超弦理论，我们的宇宙降生于一个十维宇宙，由于这个十维宇宙的对程结构不稳定，在“大爆炸”时合成为一个四维宇宙（我们往常的宇宙）和一个六维宇宙。四维急剧收缩，历经150亿年构成了我们今天的宇宙；而六维宇宙则急剧收缩成为一个10E－32公分的微小世界。 这个六维宇宙在哪里？它就在我们的周围！只是由于它太微小致使于无法观测得到。假定，我们能够观测得话，它会是什么样子呐？这是近几十年内大量数学家、物理学家研讨的课题。其中，以华裔科学家丘成桐 22 命名的卡拉比－丘流形是比较得到认可的一个答案。
卡拉比－丘流形3D模型
上图是一个六维卡拉比－丘流形的二维截面图。也是说，该图相当于是一个六维空间的“影子”。
卡拉比－丘流形动态模型 接着说，当我们的四维宇宙解体时，与大爆炸那一刻相反，原本收缩的那个六维宇宙开端慢慢展开，聪慧生物有机遇在这一个瞬间，由四维宇宙逃入六维宇宙，取得重生。 这一个过程，需求我们控制更强大的力和能量，才干驾控宇宙，取得重生。举例说：那时我们需求极高速的宇宙飞船，但依据狭义相对论我们知道我们永远不可能抵达光速，那么我们怎样逾越动辄以光年计数的漫漫长路呐？不违背爱因斯坦的自然律而又能够完成可能的时空逾越的措施，就是人为把时空弯曲 23 。
弯曲时空里的五个速度 打一个容易了解的好比，就好比在地毯的另一边有一个瓶子，我们不需求走到地毯的那一边去拿到它，我们能够坐在原地，把地毯逐步拉向我们，经过使地毯逐步卷曲，来拉近我们和瓶子的距离，以这样的措施最终拿到瓶子。 这就是不需求逾越距离，但是却能够从一点抵达另一点的措施：弯曲时空。而弯曲时空所需求的能量，是我们往常所控制能量的一千亿倍。这就是统合自然力的目的所在。 前文说到，量子力学还描画了另外一种宇宙消亡的情形，那就是质子和中子衰变。依据大一统理论，我们所知道的一切物质，包含太阳系和地球、也包含聪慧生物身体内的质子和中子最终都会合成。 那时，聪慧生物就需求用新的质子和中子合成新的原子核。这同样需求庞大的能量，和弯曲时空所需求的数量级相当。这也是统合自然力的意义所在。 结语 我们赞誉数百多年来科学进步过程中的这些先驱，是他们聪慧的心智，让我们人类只仰仗头脑和一些工具，就能够计算出支配数十亿光年外的物质的定律，我们只需微缺乏道的能源，以至还没有分开太阳系，但我们曾经知道恒星深处的核子反响或原子核内的状况。 我们在这个不起眼的小行星上发现的物理定律，却适用于宇宙的各个角落，我们的思想能了解并控制星星的宇宙规律，我们体内的原子原是某个恒星的核融合反响的产物，我们的原子比山的年代还久远，我们是由宇宙尘构成的，这些原子又凝聚成能了解宇宙规律的聪慧生物。 让我们以霍金的一段话作为结语：
“假如我们真能发现一个完整的理论，假如我们能讨论出答案，这将是人类明智的最大成就－届时我们就能知道上帝的想法了。” 附文： 世上最前沿的实验室究竟长啥样？
科研是一项十分单调的工作，离不开终年累月的实验、无尽的公式和理论，但在我们这些外人看来，很多前沿科学范畴都充溢了科幻电影的滋味。实验室里各种高能的“大玩具”、密集的线缆和神秘的光线，一定水平上也满足了人们对科幻的幻想。一同来观赏一下这些世界上最先进实验室里面的样子。
美国伯克利国度实验室的先进光源ALS项目，它是世界上紫外线和软X射线束流最亮的光源
欧洲同步辐射光源ESRF真空波荡器
美国斯坦福大学软X射线装置
科学家在应用加拿大光源（CLS）的REIXS（X射线散射）研讨科研样本
美国劳伦斯利弗莫尔国度实验室的国度点火装置，这一套装置最终目的是让192台激光装置在十亿分之一秒内同时发射并击中铅笔头大小的燃料球。
美国洛斯阿拉莫斯国度实验室，该实验室往常的主要任务是应用计算机中止模仿核实验和对国度核武库的管理。经过应用实验设备能够对核爆中止完整的模仿而不需求真正地引爆核弹。
欧洲核子研讨中心大型强子对撞机上的超环面仪器（ATLAS）行的线缆。该机构的主要功用是为高能物理学研讨的需求，提供粒子加速器和其它基础设备。
美国爱达荷国度实验室，这里主要研讨各种核资料
阿德菲实验中心里的红外激光实验
北卡罗来纳电子显微镜
美国布鲁克海文国度实验室的相对论重离子对撞机。在这里科学家初次察看到了新型反物质反氦-4，这是迄今科学家察看到的最重反物质。
桑迪亚国度实验室Z机器，该实验室主要研讨的热核反响，该实验室的加速器在运转过程中会产生大量闪电状电弧。
费米国立加速器实验室MINOS（主注入器中微子震荡寻觅）实验中的一部分仪器。
杰斐逊实验室低温恒温组超导谐振器
澳大利亚特高压实验室
斯坦福大学应用激光对晶体中止测试 看了那么多国外的实验室，也展示一下我国中科院物理所两个实验室的图片
物理所微加工实验室电子束曝光系统
物理所极端条件实验室高频电磁感应炉
我终身一切的自豪与高潮 不外是你眼中的星斗大海 来 源 | “中科院物理所”（ID：cas-iop）整理采编 “撕蛋”（ID：stud178）完成学术文献、原理模型、视频资料、动态展示等信息整理 编 辑 | 扑克投资家，转载请注明出处 转自|环球物理 2022-10-31 |
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