人生活在几维空间,人类生活在几维空间( 二 )


在宇宙的极早期 , 它诞生的10^-43秒内 , 它的直径仅有10^-33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^-33厘米)以内 。
当宇宙处在10^32K这样极高的温度(这温度比我们得到的太阳的温度高10^26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^-9秒之后 , 它的温度降低到了10^15K , 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^-33厘米 , 时间的最小值是10^-43秒 。因为当空间小到10^-33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 。

推荐阅读