宇宙和生命-第1章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！





　　正文　序文　茫茫宇宙为何而生？

　　

　　在浩瀚的历史长河中，我们人类今天所面临的是一个前所未有的时代。人类所面临的挑战和机遇都是前所未有的。汹涌澎湃的各种巨变正在和即将展现在我们的面前。是啊，“茫茫宇宙为何而生　难倒众生智”！千古以来，有多少人上下求索，在苦苦地寻求人生的真谛。“我们从何而来，来到人世间干什么，我们将来到哪里去？”。　

　　中国人历来相信天人合一，认为天象变化下面必然对应人间的变化，人间的变化来自天象变化的带动。近两年以来，尤其是最近，诸多的前所未有的天体变化展现在我们的面前。中国人讲“天时，地利，人和。不同的天象会带来不同的社会形态。”更让我们吃惊的是，宇宙的变化正在导致我们所赖以生存的科学的基本规律在改变。　

　　产生这种巨变的原因在哪里？这巨变之后孕育着什么？这都是本书要探讨的问题。然而，要认识和解决这样重大的问题，必须从更新观念入手。因为“天人合一”说明了，我们的思想意识也应该符合天象变化，才能真正理解正在发生和将要发生的巨变。是宇宙产生了我们，而不是我们创造了宇宙，天欲行，无可止，我们只是这宇宙一瞬的凝眸，有形而无质。所以我们不能期待宇宙天象符合自己的观念，而应该让自己的观念去寻找和符合天象的变化。不改变人类认识宇宙的观念，人类将无从认识和理解今天宇宙及其变化，那么就会不能追赶上宇宙巨变的汹涌大潮，就可能会被历史前进的潮流所淘汰。　

　　观念是人类在认识物质世界的过程中形成的，譬如说“眼见为实”，很多人认为自己眼睛看到的才是真实的，而科学家则通常认为用仪器探测到的才是可信的。是“眼见为实”好呢，还是“我思故我在”更富有诗意的哲理？是相信眼睛，还是自己的心灵更可信？可是我们相信自己的心灵吗？或许早已经忘记了孩提时仰望星空的物外神游。我们真的相信眼睛吗？看着宇宙中正在轰轰烈烈地巨变着我们却似乎无动于衷。　更新观念，睁大眼睛，凝视我们正在面临的辉煌时代！　历史发展到今天，由于实验和观测技术的不断发展，人类现有的科学理论受到了极大的冲击。万有引力是一个古老的话题，也是近代物理的一个理论基石。然而从最近的研究和观测结果来看宇宙天体是受到限制的，是由拮抗重力的神秘高能量所主宰的，并非象哈勃（Hubble）所提出的那样：大爆炸（Big　Bang）及以后的膨胀进而产生宇宙。科学家同时发现：科学家发现先驱者航天器轨迹明显偏离万有引力定律的预期。另外，传统观点认为，空间与时间可以整体看作为一种海绵。当光线穿过海绵时应该受到干扰，即使这种干扰非常轻微，这样随着时间的推进，光线在宇宙中穿越后，在精确望远镜上汇聚所显图像只能是模糊的。简而言之，哈勃对遥远星体所拍图像应该产生一种奇怪的效果，然而实际上却没有：哈勃图像清晰明了，与拍摄对象的距离没有关系，而这一结果，也构成了对现有的空间和引力理论的挑战。

　　富有建设性的摆脱引力牵制的实验，以及理论物理学家的“引力屏蔽效应”的理论，都使得这一传统的课题蒙上了激动人心的色彩。　物理学家在斯坦福线性加速器（SLAC）上发现的理论上预言的新粒子，但是新粒子的质量显著小于理论预言值，对夸克相互作用理论提出了挑战。在粒子之间的联系稳定性方面，科学家们发现处于量子缠绕态（quantum　entanglement）　的两个光子可以通过金属片而不失去这种联系。这一发现意味着粒子间的这种量子联系比科学家们原先认为的要稳定。而NASA的另一项的研究表明：神秘的量子缠绕态与观察者相对于微观粒子的运动有关，这种量子缠绕可以由观察者的相对运动来产生或者破坏掉。NASA的科学家还发现了中子星并利用中子星的热核爆发研究其内部结构。　

　　在对万有引力常数的研究过程中，科学家发现隐藏空间维度存在的证据。在暗能量理论方面，英国剑桥大学天文学教授乔治·；椰佛斯德休领导的由27位天文学家组成的研究小组公布了他们发现的关于暗能量存在的强有力的证据。阿肯尼…哈米德等提出了膜世界理论，认为许许多多空间是以多层膜的形式存在于一个多层超空。　

　　近来有些物理学家提出了可能存在的另一种形式的黑洞，即一种极其微小、轻微形式的微观黑洞，这一猜想若被证实，也将会证实物理学界另一种看起来更加难以置信的理论，认为除了我们熟悉的4维时空，还有其它可被观测的多维空间。　

　　海市蜃楼奇观则向人们展示另外空间的真实存在。最近，在中国大陆一些地区出现了海市蜃楼现象，特征是出现的地区增多，持续时间增长，不分昼夜。　

　　令人惊奇的“多世界”理论，物理学博士艾佛雷特（Hugh　Everett　）在1957年首先提出来的，而后被美国最著名的宇宙物理学家，相对论专家，二战时期研制原子弹的曼哈顿计划和氢弹计划的主持人之一的约翰。惠勒（John　Wheeler　）教授所进一步发展。在其后的五十年当中，这一理论吸引了一代又一代的物理学家致力其中，英国牛津大学著名的戴维·；德伊池（David　Deutsch　）教授正是其中的代表人物。　

　　一种新的宇宙学理论，多重宇宙（multiverse）概念，指称宇宙在第一次大爆炸后还在彼此不断大爆炸，形成无数宇宙。人的宇宙学原理，为众多科学家所重视，象是中国古代“天人合一”的思想。而更深层次存在的理论正在科学家们的考虑中。　

　　在中国和其它国家，都有人在空中漂浮的报导。例如一位美国记者对印度的一位高人的采访，这位高人能起空飞行。　

　　人体能起空意味者人体和地球之间的万有引力变为零。根据万有引力定律，这表明此时人的质量为零。虽然这似乎是异想天开，但这对于美国航空航天局（NASA）来说实在太重要了。因为NASA一直希望能进行恒星际的旅行，就是能飞到其它的太阳系去。然而，即使在没有引力的外太空，还是需要将飞船加速到极高的速度，才能使这种星际旅行成为可能，然而常规的火箭技术却达不到这一点。NASA在去年7月份的一项报告中指出：“采用现有的火箭技术，要想在合理的寿命时间内到达最近的恒星，所需要的燃料的质量可以和一个行星的质量相当。”但是如果能够减小飞船的质量，那么所需要的燃料推进力就会减少，因为根据牛顿第二定律，要想达到同样的加速度，所需要的燃料推进力和质量成正比，即质量越小，则所需要的推进力越小。　

　　经过近两年的等待，位于美国阿拉巴马州（Alabama）杭茨维尔市（Huntsville）的NASA马沙尔太空飞行中心（Marshall　Space　Flight　Center）即将迎来有希望挑战万有引力定律的仪器。　虽然听起来有点象天方夜谭，但是这个NASA项目的科研人员说，他们的努力是基于真正的科学，NASA已支付了6美元向位于俄亥俄州（Ohio）的超导器件公司（Superconductive　Components，　Inc。）定制这台仪器。　

　　NASA的这个实验起源于1992年物理杂志C（Physica　C）上俄国物理学家Evgeny　Podkletnov的一篇论文＇6＇。Podkletnov在论文中宣布他发现了“引力屏蔽”效应。他把引力减小了0。05…0。3％。虽然听起来不怎么样，但对于物理学界来说，却象爆炸了一颗炸弹。因为万有引力定律是现代科学最神圣的原理之一，对它的任何违背都是对现代理论框架的威胁。如果Podkletnov的实验被证实的话，那无疑会给它的发现者带来诺贝尔奖金。　

　　虽然仪器可能很复杂，但其基本的原理却是很简单的。它有一个直径6英寸、厚度转时，置于盘上的物体就开始失去重量。　Podkletnov在论文中对他的发现是这样解释的：“重量的部份减小可能与低温下超导体晶体结构内存在的某种能量态有关。这种不同寻常的能量态可能改变了固体内电磁力、核力和引力间的相互作用，从而产生了引力屏蔽效应。”在Podkletnov之后，有一些物理学家重复了他的实验，有的说成功，有的说失败。还有一些物理学家从理论上论证了“引力屏蔽效应”的可行性＇7＇＇8＇，也有的认为不行。　

　　虽然大多数物理学家对NASA的实验不抱乐观的态度，但NASA“突破推进物理项目”（Breakthrough　Propulsion　Physics　Project）的负责人航空工程师麦克·；米立斯（Marc　G。　Millis）说，“NASA将会保持一个开放的思想。历史告诉我们，新的发现可能来自看起来最不可能的方向。”　

　　众所周知，“万有引力”定律是由十七世纪英国科学家牛顿发现的。牛顿根据当时对太阳系内行星运行观测的数据，结合自己和前人发现的的运动定律推导出了万有引力定律。尽管“万有引力”定律在解释行星运行上取得了成功，但是它在太阳系以外并没有得到实验的验证。先驱者号航行使人类第一次有机会精确地在“大尺度”上检测“万有引力”定律，而先驱者号的轨迹反常显示“万有引力”可能还有不为我们所知的奥秘。　

　　在星系尺度上，现在的天体观测已经发现了很多不能为“万有引力”定律解释的现象。比如星系的运动，万有引力定律就无能为力。科学家们早就发现观测到的星系旋转速度比“万有引力”定律算出的要快很多，要维系星系的运行而使它们不分崩离析，必须假设星系中星体的引力常数（表征引力强度的常数）比我们现在所知的的引力常数要强很多；或者是维持引力常数不变，假定存在着质量比我们能够观测到的普通星体质量大１０倍左右的所谓“暗物质”在维持着星系的稳定。虽然现在物理学家都是倾向于后一个假设，但是这种假设十分随意（因为科学家们对“暗物质”一无所知），这种假设也只是许多可能性中的一种，真实情况如何仍然不得而知。　

　　几年来发现的著名的宇宙加速膨胀，更是万有引力定律无法解释的。按照现代宇宙论，宇宙起源于一次宇宙大爆炸，宇宙因大爆炸而膨胀。按照万有引力定律，宇宙的膨胀速度应该因为宇宙中星系之间的万有引力而逐渐减慢。但是自１９９８年以来，几个互相独立实验观测都证实了我们宇宙在加速膨胀。科学家为此不得不引入所谓的“暗能量”来“推动”这种膨胀。　

　　科学家们在测量万有引力常数的实验中也发现了异常。例如在对“万有引力常数”的测定中，目前两组精确度最高的测量值虽然实验精度达到万分之一，但是奇怪的是，这两个实验数值彼此相差超过实验精度的10倍以上。还有其他一些实验组给出的数值相互之间也有很大的出入。对此，科学家们百思不得其解。现在有些科学家认为这一常数并不是真正意义上的常数，它在地球上不同的地点有着不同的数值。　

　　在理论上，“万有引力”也是让理论物理学家最为头疼的相互作用。它与其它重要的现有物理理论如量子场论等格格不入。因此很多研究弦论和膜论的物理学家认为“万有引力”只是一种现象，真正的物理实质是什么还有待于进一步的探索。在科学家们找到其物理实质之前，引力将持续困扰着我们。　

　　先驱者号轨迹反常还有一个令人不解之处，就是我们太阳系中自然存在的行星都没有发现这种反常加速度。难道“自然存在”的行星和人造的飞船的“万有引力”存在着某些不为我们所知的差异吗？或者“自然存在”的行星轨道有什么特殊之处？这不禁使人想起了原子中的电子轨道。在原子中，电子的“定态轨道”的确是一些很特殊的“轨道”，也许微观和宏观世界存在着某种还不为我们所知的相通之处。　

　　夸克是组成中子质子等粒子的亚原子粒子。新发现的粒子名为DS（2317），物理学家认为它属于粲－奇异夸克介子。粲夸克和奇异夸克是两种不同的夸克，它们和它们的反夸克组成粲－奇异夸克介子。利用夸克之间的强相互作用模型可以计算出这些介子的质量，计算出的粲夸克和反奇异夸克组成的DS介子质量约为２５００兆电子伏。但是测量到的粒子质量比算出的DS的质量小了１０％。卡内基梅隆大学的实验粒子物理学家若依。布里叶博士说：“这些看起来确实是真实的　虽然结论令人吃惊，但是他们对得到的数据作了所有正确的处理。”　物理学家目前还无法解释新粒子质量与理论预言的偏差。如果结论被证实，意味着现在的夸克理论存在重大的缺陷。

　　科学家们发现处于“量子缠绕态”（quantum　entanglement）　的两个光子可以通过金属片而不失去这种联系。这一发现意味着粒子间的这种量子联系比科学家们原先认为的要稳定。这一发现已发表在《自然》杂志2002年7月出版的418卷上。“量子缠绕态”是至今还不能被科学家们很好解释的存在于微观粒子的一种奇特的联系。在量子力学研究中，科学家们发现原来处于同一系统的微观粒子在分开后，无论它们相距多远，仍然保持一种瞬时的联系，一个粒子状态的改变可以瞬时地使另外粒子的状态发生相应的改变，这种奇异状态被称为量子缠绕态。这种现象最早由物理学家爱因斯坦等提出。

　　1935年，爱因斯坦在与玻尔（Niles　Boher）关于量子力学完备性的争论中，与两个同事一起提出了这种量子缠绕现象。他们并不相信这种现象真的存在，他们提出这一现象是想以它作为量子力学的不完备的证据，因为它直接违反了物理学中“定域性”和爱因斯坦的“狭义相对论”。但几十年以后科学家们在实验上真的发现了这种现象。　科学家们原以为粒子的这种量子缠绕会因为它们与其它物质的相互作用而被破坏掉。但荷兰雷登（leiden）大学科学家厄尔文·；阿尔特维切尔（Erwin　Altewischer）研究组发现这种观点不正确。他们用一块单晶把光子分成一对能量较低的极化互相缠绕的光子，然后他们把这些光子打在厚度足以挡住光子的金箔上。在这些金箔上面布满很多直径为200纳米（一纳米等于10亿分之一米）的小孔，虽然因为这些小孔太小光子无法直接通过，但他们发现光子在金箔表面产生的一种被称为等离激元（plasmon）的表面电子波可以穿过金箔上的小孔并在金箔的另一面湮灭而发射出光子。他们对打到金箔以后的光子进行的测量表明，无论是一个光子还是两个光子同时被转化成等离激元，经过这一过程后的这些光子仍然处于量子缠绕态。　

　　阿尔特维切尔认为光子的量子缠绕在光子被转化成等离激元以后还能保持，这一发现可能被用于开发一种新型的量子计算机或量子编码系统。　“这是一个好兆头，因为它表明量子缠绕在我们原先以为它不能保持的一些过程可以继续被保存，”厄克色特尔（Exeter）大学光子学（photonics）　专家比尔巴尔内斯说，“如果他们在这一过程中能保持，那么它能在另外的什么过程中可以保持吗？”　

　　对量子缠绕现象的本质目前科学家们仍然没有什么线索。量子力学的多世界理论倒是可以解释这种现象：多世界理论认为粒子同时存在于很多个不同的世界中。在我们这个物质空间中相距遥远的