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标 题[新闻][联合]展望系列》天外有天 宇宙不只一个
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2008/12/08 【联合报╱记者杨正敏/台北报导】
仰望浩瀚星河,心中浮现的问题常是宇宙有多大?有其他的宇宙吗?台湾
大学梁次震宇宙学与粒子天文物理学研究中心主任陈丕燊说,现在有科学
家认为,我们所处的宇宙并非唯一,而是有不断的分身。
而我们所处的宇宙为什麽会是这样的形态,陈丕燊说,从超弦的观念来看
,有各种各样可能的宇宙存在,人类存在的宇宙是因为暗质(dark matter
)和暗能(dark energy)配合的成分刚刚好适合人居住。就是所谓的「
人本原理」─宇宙之所以如此,是因为其条件恰适合人类存在。
由国科会主办,台湾大学物理系及天文物理研究所协办,联合报、公共电
视、科学人杂志、NEWS98合办的2008秋季展望演讲,昨天举行最後一场演
讲,由台大梁次震宇宙学讲座教授陈丕燊主讲「天外有天─从单一宇宙到
多重宇宙」,引领听众进入宇宙学的世界。
不均匀性拉扯出星系
陈丕燊说,宇宙是从一个非常小的「奇点」从大霹雳(Big Bang)诞生的
。宇宙形成的前40万年,相当均匀,只有10万分之一的不均匀性;由於万
有引力的牵引,经过137亿年,慢慢演变成宇宙现在的形态。
他举例,总统府前原本整整齐齐站了10万人,但其中有一人不舒服离开,
出现不均匀。但那里比较空,被其他地方拉扯,空的地方变更空,挤的地
方更挤,结果变得愈来愈不均匀,才能生成星球、星系、更聚集成星系群
。
但是总的来说,宇宙仍是非常均匀。可是浩瀚宇宙的不同角落怎麽能够互
相遘通,使得性质如此相近?为了解释这个均质性,宇宙学家提出「超膨
胀」理论。
大霹雳後突加速膨胀
「超膨胀」理论主张在大霹雳後非常短时间,在10的负35次方秒中,宇宙
突然膨胀了10的48次方倍,把所有不均匀都拉平了。
宇宙未来会如何?1998年科学家发现,宇宙膨胀速率不但没有慢下来,反
而加速远离,这是20世纪末最重大的科学发现。许多宇宙学家相信,宇宙
加速膨胀,表示宇宙中充满一种暗能,提供「反重力」,把星系互相推开
。
20世纪出现很多伟大的科学成就,但到了世纪末,科学家才发现,我们已
知的所有物质,只占宇宙总成分的5%。其他95%又是什麽?陈丕燊说,其
中20%为暗质,75%是暗能。没有如此多的暗质,就无法解释观测到的星球
运行;也就无法解释宇宙的加速膨胀。暗质和暗能目前科学界知道的不多
,也成为21世纪科学家最想解释的现象。
宇宙有什麽成分?夸克是目前已知的最小物质结构。但是夸克又是什麽组
成的?是「超弦」(Superstrings)吗?
超弦理论 宇宙有分身
陈丕燊说,宇宙中有四种基本作用力:万有引力、强作用力、电磁力与弱
作用力。现代物理学殿堂有三大支柱:其中量子力学结合狭义相对论,成
功地建构了强作力、电磁力与弱作用力的理论基础。广义相对论则成功地
描述了万有引力。但是要把四种基本作用力完全结合起来,还需要有个横
梁。有了横梁,才能架构起宇宙学这个屋顶。超弦理论(弦论,String
Theory)会是这块横梁吗?
长久以来,物理学家面对一困惑:万有引力为什麽比其他3种基本作用力
弱得太多?超弦理论基於理论建构的需要,必须引进额外维度空间。陈丕
燊说,提出超弦理论的科学家主张,重力是唯一延伸至额外维度空间的基
本作用力,所以它被稀释得比其他作用力弱很多。
他解释,人生活的4维空间,像是多维空间中的一张纸,其他3种作用力都
只存在这个平面上,重力却可无所不在,却也因此变弱了。此外超弦理论
主张的多维空间,可让不同成分暗能存在,提供多重宇宙存在的可能性。
「超膨胀」理论的发明人之一Andrei Linde认为,超膨胀理论中不可避免
的量子不确定性,必然导致宇宙不断分身,就好像有不同的山头不断冒出
来一样。这个世界因此可能有很多生生不息的多重宇宙。
宇宙定位 永远的追寻
最後,陈丕燊引用了高更着名的最後遗作:「我们从哪儿来?我们是谁?
我们往哪里去?」来反思。他说,艺术家用画笔问这个人类亘古以来的问
题。科学家则用望远镜和实验器材、用数学公式和计算机,来追求同样的
大问题。但不论是用艺术、科学或文学的手段,人类对自我在宇宙间定位
的追寻是贯通的,且永不止息。
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