《果壳中的宇宙》-2

因为爱因斯坦宇宙不膨胀，所以它不代表我们在其中生活的宇宙。尽管如此，因为它简单，人们可以作对历史的求和，所以在讨论时间旅行时利用它作为背景很方便。暂时忘记一下时间旅行，考虑在爱因斯坦宇宙中围绕某个轴旋转的物质。如果你位于轴上，你可以留在空间中的同一点，正如你站在儿童旋转木马的中心。但是如果你不在轴上，你就以围绕着轴旋转的方式在空间中运动。你离开轴越远，就运动的越快。这样，如果宇宙在空间上是无限的，则离开轴足够的地方必须旋转得比光还快。然而，因为爱因斯坦宇宙在空间撒谎能够是有限的，所以就存在一个旋转的临界速度，低于这个临界速度时宇宙任何部分都旋转得比光慢。　　现在考虑对一个旋转的爱因斯坦宇宙中的粒子历史求和。当旋转很慢时，对于给定的能量粒子历史可以采用许多路径。这样对在这样背景中的所有粒子求和就会得到大的幅度。着意味着，在对所有弯曲时空的历史求和中这个背景的概率是高的，也就是说，它是更可能的历史之一。然而，随着爱因斯坦宇宙的旋转速度达到临界值，似的它外缘的运动速度达到光速，在边缘上只存在一个经典允许的粒子路径，也就是以光速运动的路径。这意味着对粒子历史的求和将很小。这样，对所有弯曲的时空历史求和中这些背景的概率很低。也就是说，它们是最不可能的。　　旋转的爱因斯坦宇宙和时间旅行以及时间圈环有何相干呢？其答案是，它们和其他允许时间圈环的背景是数学上等价的。这些其他背景是在两个空间方向膨胀的宇宙。该宇宙在第三个空间方向不膨胀，这个方向是周期性的。这也就是说，如果你在这个方向走一定的距离，就会回到出发点。然而，每次你在第三个空间方向走一圈，你在第一和第二方向的速度都被加快上去。　　如果加快得很小，就不存在时间圈环。然而，考虑一个加快不断增加的背景的序列。当加速达到某一临界值时时间圈环就要出现。这一临界加快对应于爱因斯坦宇宙的临界旋转速度，这是可以想见的。由于在这些背景中对历史求和计算是数学上等效的，人们可以得出结论，当这些背景达到现实时间圈环需要的圈曲时，它们的概率趋向零。这就支持了我在第二章末提到的所谓的时续防卫猜测：物理定律协同防止宏观物体的时间旅行。　　虽然历史求和允许时间圈环，其概率极为微小。基于我早先提及的对偶性论证，我估计帕基·索恩能回到过去并杀死其祖父的概率小于一后面更一万万亿亿亿亿亿亿亿个领分之一。　　那是相当小的概率，但是如果你仔细观察帕基的像，你可以在边缘上看到一点模糊。那对应于某个私生子从未来回来并杀死其祖父，因此他并不真的在那里的微弱可能性。　　作为赌徒，帕基和我会认为此而打赌，麻烦在于我们不能互相打赌，因为现在我们两人都站在一边。另一方面，我不愿意和其他任何人打赌。他也许来自未来并且知道时间旅行的可能性。　　你也许想知道这一章是否为政府包庇时间旅行的一部分。你也许是对的。第六章 我们的未来？《星际航行》可以吗？因为《星际航行》是未来的安全而舒适的幻影，所以广受欢迎。我自己也就算是一名《星际航行》迷，这样便很容易被说服去客串了一集。在那一集中我和牛顿，爱因斯坦以及达他航长玩扑克，我把他们全打败了。可以报警出现，所以我从未收到我赢的钱。《星际航行》战线了一个在科学，技术和政治组织远比我们先进的社会。在现时和那时之间一定会有巨大的改变以及与之相伴随的紧张和混乱，但是在戏剧中描述的时期，科学，技术和社会组织据说已达到几乎完美的水平。我想质疑的是这种场景并诘问，我们是否会在科学和技术上达到一种最终的稳定的状态。从上一次冰河时期迄今的大约一万年左右人类知识和技术上一直在演化着。也出现过一些挫折，例如在罗马帝国崩溃之后的黑暗时代。但是世界人口，作为我们维持生命和养活自己的技术能力的测度一直在稳步上升，除了一些诸如黑死病的小起伏。在前两个世纪，它的增长变成指数式的，也就是说每年的人口增加同样的百分比。这个增长率现在大约为每年百分之一点九。听起来这似乎不很多，但是它意味着世界人口每40年要加一倍。电力消耗和科学论文的数目是近代技术发展的另外的测度。它们也是指数增长的，并在短于四十年间加倍。没有任何迹象表明，在最近的将来科学技术的发展会缓慢下来甚至停止——直至《星际航行》时代这肯定不会发生。这个时代被认为在不那么遥远的将来。但是如果人口到2600年将会到达擦肩摩踵的程度，到那时地球会因大量使用电力而发出红热的光芒。如果你把正在出版的所有新书一本本地堆放，比必须至少以每小时90海里的速度运动才能追赶它的尽头。当然，到了2600年新的艺术和科学著作将以电子形式出版，而不用书报。尽管如此，如果继续这种指数增长，在我的理论物理领域每秒种就有十篇新论文，根本来不及阅读。很清楚，目前的指数增长不可能无限继续下去。那么将会发生什么呢？一种可能性是我们被某些灾难，譬如核战争毁灭殆尽。有一个黑色幽默讲，我们之所以未被外星人接触，是因为当一种文明达到我们的水平时，就变得不稳定而且毁灭自身。然而，我是一名乐观主义者。我相信，人类达到今天这样的境界，事物变得这么有趣，绝非仅仅为了把自己毁灭。《星际航行》对未来的想象，也就是我们达到先进的但是本质上静态的水平，就我们对制约宇宙的基本定律的知识而言，是可以实现的。正如这个终极理论存在的话，它将要确定《星际航行》式的翘曲飞行能否实现。按照现在的观念，我们必须以一种缓慢和冗长乏味的方式探索星系，利用运动得比光还慢的空间飞船；但是由于我们尚未拥有完整的统一理论，我们还不能完全排除翘曲飞行。另一方面，我们已经知道在除了最极端情形外都成立的定律：制约《探险号》全体职员的定律，如果不包括制约空间飞船本身的话。但是我们在利用这些定律上或者利用它们所产生的系统的复杂性上，似乎永远不会达到一种恒定的状态。本章的期于部分正是讨论这种复杂性。我们迄今为止所有的最复杂系统是我们自身的生命。生命似乎起源于太初海洋之中，太初海洋在40亿年前覆盖着地球。我们不知道这是怎么发生的。也是是原子间的随机碰撞构成了宏观分子，这些宏观分子能复制自己并且将自己聚成更复杂的结构。我们能确切知道的是，到35亿年之前，高度复杂的DVA分子已经出现。DNA是地球上所有生命的基础。它具有双螺旋结构，犹如螺旋状楼梯，它是在953年于剑桥的卡文迪许实验室由弗朗西斯·克里克和詹姆·化特森发现的。双螺旋的两缕由核酸对连接，正如螺旋楼梯中的踏板。存在四种核酸：胞嘧啶，鸟嘌呤，酪氨酸和腺嘌呤。不同核酸沿着螺旋楼梯发生的顺序携带遗传信息，他使DNA分子在它周围集合有机体并复制自己。当DNA复制自身时，在核酸沿着螺旋的顺序会偶尔出错。在大多数情形下，复制的错误使DNA要么不能要么更少可能去复制自己，这意味着这种遗传误差或者被称作突变的会死去。但是在一些情形下，这误差或者突变将会增加DNA存活和繁殖的机会。遗传密码的这种改变是很有利的。这就是包含在核酸序列中的信息逐渐演化并且变得更复杂的过程。因为生物演化基本上是在所有遗传可能性空间中的随即漫游，所以它非常缓慢。其复杂性或者被编码于DNA中的信息的比特数粗略地为分子中的核酸数目。在最初的20亿光年左右，其复杂性增加率应该是每百年一个比特信息的数量级。DNA复杂性增加率在最近的几百万年里逐渐地上升到每年一比特左右。但是后来，大约6000~8000年以前，发生了重大的新的进展。我们发现了书写语言。这意味着，信息从这一代向下一代转移，不必等待非常缓和的随即突变和自然选择把它编码到DNA的序列的过程。复杂性的量被极大地增加。单独的一本浪漫小说就够储存关于猿和人类DNA差别的那么多信息，而30卷百科书可以描述人类DNA的整个序列。更重要的是，书中的信息可以快速地更新。现在人类DNA由于生物进化引起的更新率超过每秒100万比特。当然，大部分信息都是垃圾。但是即使100万中只有一比特是有用的，那仍然比生物进化快10万倍。这种通过外部的非生物手段的资讯传递使人类凌驾与世界之上并使人口指数地增长。但是我们现在处于新时代的启始，在这新时代里我们不需等待生物进化的缓慢步骤就能增加我们内部纪录即DNA的复杂性。在最近的一千年我们很有可能将其完整重新设计。当然，许多人说人类遗传工程应该被禁止，但是我们能否防止它是很另人可疑的。为了经济的原因将允许植物和动物的遗传工程，而有些人一定会对人类进行尝试。除非我们有一个极权的世界政府，某些人在某处将设计改良人种。很清楚，创造改良的人种相对于未改良的人种会产生巨大的社会和政治问题。我不想将人类遗传工程当作必须的发展来辩护，我只不过是说，不过我们要不要，它都可能发生。这就是为什么我不相信《星际航行》那样的科学幻想，在那里四百年后的未来人们和我们今天本质上是相同的。我认为人种及其DNA将相当快速地增加其复杂性。我们应该认识到这很可能发生，而且考虑如何去应付这种局面。如果人类要去应付它周围日益复杂的世界和遭遇到诸如太空旅行这样的新挑战的话，它必须改善其精神与体温。如果生物系统想领先电子系统的话，人类也需要增加自己的复杂性。电脑在现时具有速度的优势，但是它们毫无智慧的迹象。这并不奇怪，因为我们现有的电脑比一根蚯蚓的大脑还简单。蚯蚓是一种智力微不足道的物种。但是，计算机服从所谓的穆尔定律：它是那些显然不能无限继续的指数增长之一。然而，它也许会继续到电脑具有类似于人脑的复杂性为止。某些人说电脑永远不能显示真正的智慧，不管这智慧是何止而言。但是我似乎觉得，如果非常复杂的电子路线也能使电脑以一种智慧的方式行为。而且如果它们是智慧的，它们也应该能设计出甚至具有更大的复杂性和智慧的电脑。生物和电子复杂性的这种增加会永远继续下去吗？还是存在一个自然的极限？在生物方面，迄今的人类智慧的极限被通过产道的大脑尺度所定。我目睹我三位孩子的出世，知道让头出来是如何困难。但是，我预料在一百年内，我们将能够在人体之外养育婴儿，这样这个极限就被消除了。然而，通过遗传工程增加人脑尺度最终会遭遇到这样的问题，即身体中负责我们精神活动的化学信使运动较慢。这意味着，进一步提高大脑的复杂性将会以速度为代价。我们可能才思敏捷或者非常智慧，但是二者不可能兼。我仍然认为，我们可能比《星际航行》中的大部分人有智慧的多，那不是什么困难的事。电子线路具有和人脑一样的复杂性对速度的问题。然而，在这种情形下讯号是电子的，而不是化学的，它以光速运动，速度快多了。尽管如此，光速已经是设计更快速电脑的实际极限。人们可以进一步降低线路尺度以改善这种局面，但最终将有一个由物质原子性质设下的极限。我们在遇到这个障碍之前仍有一段路可走。电子线路在保持速度之际增加其复杂性的另一种方法是去复制人脑。大脑不具备单独的CPU——中央处理器——它顺序处理每一个指令。相反地，人脑有几百万个同时一道工作的处理器。这种大规模平行处理也将是电子智慧的未来。假定我们在以后的一百年不自身毁灭，我们将很可能首先分散到太阳系的行星去，然后再到邻近的恒星去。但是不会像在《星际航行》或《巴比伦5》中那样，在几乎每一个恒星系统都有接近人类的新种族。我们人种以它目前的形式仅仅存在了从大爆炸以来的一百五十亿年左右中的两百万年。这样，即使生命在其他恒星系统发展，在其可以认出的人类阶段邂逅它的机会非常迷茫。我们将遭遇到的外星人的生命很可能要么更新为原始的多，要么更为先进的多。如果它更先进，为何不分散到整个星系并且造访地球影片《外星人》不如说更像影片《独立日》。那么，如何理解我们没有地球外的来客呢？可能是在那里存在有先进有先进的种族，它知悉我们的存在，但是让我们在底水平上自做自爱。然而，如此照应低等的生命形式是另人可疑的：我们中的大多数人忧虑过在脚下踩死了多少昆虫或者蚯蚓吗？更合理的解释应该是，不管是在其他为我们宣称自己是智慧的，尽管如此没有什么根据，我们倾向于把智慧看成进化的不可避免的后果。然而，人们可以对此设疑。不清楚智慧是否具有更多的存活价值。细菌虽然没有智慧，但是存活得很好。如果我们所谓的智慧在一场核战争中毁灭自身的话，细菌仍然存活。但是我们不太可能找到箱我们的生物。科学的未来不会像在《星际航行》中描绘的那么令人宽慰的图景：一个充满了许多有人类特征的种族的，具有先进的但本质上静止的科学技术的宇宙。相反地，我认为我们将独自地但是快速地发展生物的电子的复杂性。在以后的一百年间这方面的发展不会太多，这就是我们所能可靠预言的一切。但是，如果我们能存活到下一个千年之末，那时侯我们和《星际航行》的差别将会是根本的。第七章 膜的新奇世界膜的新奇世界(霍金讲演词)我想在这次演讲中描述一个激动人心的新机制，它可能改变我们关于宇宙和实在本身的观点。这个观念是说，我们可能生活在一个更大空间的膜或者面上。　　膜这个字拼写为BRANE，是由我的同事保罗·汤森为了表达薄膜在高维的推广而提出的。它和头脑是同一双关语，我怀疑他是故意这么做的。我们自以为生活在三维的空间中，也就是说我们可以用三个数来标明物体在屋子里的位置，它们可以是离开北墙五英尺离开东墙三英尺还比地板高两英尺，或者在大尺度下，它们可以是纬度、经度和海拔。在更大的尺度下，我们可以用三个数来指明星系中恒星的位置，那就是星系纬度、星系经度以及和星系中心的距离。和原来标明位置的三个数一样，我们可以用第四个数来标明时间。这样，我们就可以这样把自己描述成生活在四维时空中，在四维时空中可以用四个数来标明一个事件，其中三个是标明事件的位置，第四个是标明时间。　　爱因斯坦意识到时空不是平坦的，时空中的物质和能量把它弯曲甚至翘曲，这真是他的天才之举。根据广义相对论，物体例如行星企图沿着直线穿越时空运动，但是因为时空是弯曲的，所以它们的路径似乎被一个引力场弯折了。这就像你把重物代表一个恒星放在一个橡皮膜上，重物会把橡皮膜压凹下去，而且会在恒星处弯曲。现在如果你在橡皮膜上滚动小滚珠，小滚珠代表行星，它们就围绕着恒星公转。我们已经从GPS系统证实了时空是弯曲的，这种导航系统装备在船只、飞机和一些轿车上。它依靠比较从几个卫星来的信号而运行的。如果人们假定时空是平坦的，它将会把位置计算错。　　三维空间和一维时间是我们看到的一切。那么我们为什么要相信我们不能想起不能观察到的它的额外维呢？它们仅仅是科学幻想呢，还是能够被看的到的科学后果呢？我们认真地接受额外维的原因是，虽然爱因斯坦广义相对论和我们所作的一切观测相一致，该理论预言了自身的失效。罗杰·彭罗斯和我在讨论广义相对论时预言时空在大爆炸处具有开端，在黑洞处有终结。在这些地方广义相对论失效了。这样人们就不能够预言宇宙如何开端，或者对落进黑洞的某人将会发生什么。　　广义相对论在大爆炸或黑洞处失效的原因是没有考虑到物质的小尺度行为。在正常情况下，时空的弯曲是非常微小的，并也是在相对场的尺度上，所以它没有受到短距离起伏的影响。但是在时间的开端和总结，时空就被压缩成单独的一点。为了处理这个，我们想要把非常大尺度的理论即广义相对论和小尺度的理论即量子力学相结合。这就创生了一种TOE，也就是万物的理论，它可用来描述从开端直到终结的整个宇宙。　　我们迄今已经花费了三十年的心血来寻找这个理论，目前为止我们认为已经有了个候选者，称为M理论。事实上，M理论不是一个单独的理论，而是理论的一个网络，所有的理论事物都在物理上等效，这和科学的实证主义哲学相符合。　　在这哲学中，理论只不过是一个数学模型，它描述并且整理观测。(Positivist Philosophy---A theory is just a mathematical model, that describe and codifies the observations)人们不能询问一个理论是否反映现实，因为我们没有独立于理论的方法来确定什么是实在的。甚至在我们四周，被认为显然是实在的物体，从实证主义的观点看，也不过是在我们头脑中建立的一个模型，用来解释我们视觉和感觉神经的信息。当人们把贝克莱主教的“没有任何东西是实在的”见解告诉约翰逊博士时，既然他用脚尖踢到一个石头并大声吼叫，那么我也就驳斥这种见解。　　但是我们也许都和一台巨大的电脑模拟连在一起，当我们发出一个马达信号去把虚拟的脚摆动到一块虚拟的石头上去，它发出一个疼痛的信号。也许我们也就是外星人玩弄的电脑游戏中的一个角色。不再开玩笑了，关键在于我们能有几种不同的对于宇宙的描述，所有的这些理论都预言同样的观察。我们不能讲一种描述比另外一种描述更实在，只不过是对一种特定情形更方便而已。所以M理论网络中的所有理论都处于类似地位。没有一种理论可以声称比其余的更实在。　　令人印象深刻的是，M理论网络中的许多理论的时空维数具有比我们经验到的四维更高。这些额外维数是实在的吗？我必须承认我曾经对额外维持迟疑的态度。但是，M理论网络配合得天衣无缝，并且具有这么多意想不到的对应关系，使我认为如果不去相信它，就如同上帝把化石放进岩石里，误导达尔文去发现进化论一样。　　在这些网络的某些理论中，时空具有十维，而在另一些中，具有十一维。这使如下事实的又一个迹象，即时空以及它的维不是绝对的独立于理论的量，而只不过是一个导出概念，它依赖于特殊的数学模型而定。那么对我们而言，时空是显得四维的，而在M理论是十维或者十一维的，这是怎么回事呢？为什么我们不能观察到另外的六或七维呢？　　这个问题的传统的，也是迄今仍被普遍接受的答案是，额外维全部被卷曲到一个小尺度的空间中，余下四维几乎是平坦的。它就像人的一根头发，如果你从远处看它，它就显得像是一维的线。但是如果你在放大镜下看它，你就看到了它的粗细，头发的的确确是三维的。在时空的情形下，足够高倍数的放大镜应能揭示出弯卷的额外维数，如果它存在的话。事实上，我们可以利用大型粒子加速器产生的粒子把空间探测到非常短的距离，比如在日内瓦建造的大型强子碰撞机。至少，迄今我们还没有探测到超出四维的额外维的证据。如果这个图象是正确的，那么额外维就会被卷曲到比1厘米的一百亿亿分之一还小。　　我刚才描述的是处理额外维的传统手段。它意味着我们有较大的机会探测到额外维的仅有之处是宇宙的极早期。然而最近有人提出更激进的设想，额外维中的一维或者二维尺度可以大的多，甚至可以是无限的。因为在粒子加速器中没有看到这些大的额外维，所以必须假定所有的物质粒子被局限在时空的一个膜或面上，而不能自由地通过大的额外维传播。光也必须被限制在膜上，否则的话，我们就已经探测到大的额外维，粒子之间的核力的情形也是如此。　　另一方面，引力是所有形式的能量或质量之间的普适的力。它不能被限制于膜上，相反地，它要渗透到整个空间。因为引力不仅能够耗散开，而且能够大量发散到额外维中去，那么它随距离的衰减应该比电力更厉害。电力是被限制在膜上的。然而我们从行星轨道的观测得知，太阳的万有引力拉力，随着行星离开太阳越远越下降，和电力随距离减小的方式相同。　　这样，如果我们的确生活在一张膜上，就必须有某种原因说明为何引力不从膜往很远处散开，而是被限制在它的附近。一种可能性是额外维在第二张影子膜上终结，第二张膜离我们生活其中的膜不远。我们看不到这张影子膜，因为光只能沿着膜旅行，而不能穿过两膜之间的空间。然而我们可以感觉到影子膜上物体的引力。可能存在影子星系、影子恒星甚至影子人，他们也许正为感受到从我们膜上的物质来的引力而大大惊讶。对我们而言，这类影子物体呈现成暗物质，那是看不见的物质。但是其引力可以被感觉到。　　事实上，我们在自身的星系中具有暗物质的证据。我们能看到的物质的总量不足以让引力把正在旋转的星系抓在一起。除非存在某种暗物质，该星系将会飞散开。类似地，我们在星系团中观测到的物质总量也不足以防止它们散开，这样又必须存在暗物质。当然，影子膜并不是暗物质的必要条件。暗物质也许不过是某种很难观测到的物质的形式，例如wimp（弱相互作用重粒子），或者褐矮星以及低质量恒星，后者从未热到足以使氢燃烧。　　因为引力发散到我们的膜和影子膜之间的区域，在我们膜上的两个邻近物体间的万有引力随距离的下降会比电力更厉害，因为后者被局限于膜上。我们可能在实验室中，利用剑桥的卡文迪许爵士发明的仪器测量引力的短距离行为。迄今我们没有看到和电力的任何差异，这意味着膜之间距离不能超过一厘米。按照天文学的标准，这是微小的，但是和其他额外维的上限相比是巨大的。正在进行短距离下引力的新测量，用以检测“膜世界”的概念。　　另一种可能性是，额外维不在第二张膜上终结，额外维是无限的，但是正如马鞍面一样被高度弯曲。莉萨朗达尔和拉曼桑德鲁姆指出，这种曲率的作用和第二张膜相当类似。一张膜上的一个物体的引力影响，将不会在额外维中发散到无限去。正如在影子膜模型中，引力场长距离的衰减正好用以解释行星轨道和引力的实验室测量，但是在短距离下引力变化的更快速。然而在朗达尔-桑德鲁姆模型和影子膜模型之中存在一个重大的差别。物体受引力影响而运动，会产生引力波。引力波是以光速通过时空传播的曲率的涟漪。正如光的电磁波，引力波也必须携带能量，这是一个在对双脉冲星观测中被证实的预言。　　如果我们的确生活在具有额外维的时空中的一张膜上，膜上的物体运动产生的引力波就会向其它维传播。如果还有第二张影子膜，它们就会反射回来，并且被束缚在两张膜之间。另一方面，如果只有单独的一张膜，而额外维无限的延伸，就像朗达尔-桑德鲁姆模型中那样，引力波会全部逃逸，从我们的膜世界把能量带走。这似乎违背了一个基本物理原则，即能量守恒定律。它是讲总能量维持不变。然而，只是因为我们对所发生事件的观点被限制在膜上，所以就显得定律被违反了。一个能看到额外维的天使就知道能量是常数，只不过更多的能量被发散出去。　　只有短的引力波才能从膜逃逸，而仅有大量的短引力波的源似乎来自于黑洞。膜上的黑洞会延伸成在额外维中的黑洞。如果黑洞很小，它就几乎是圆的。也就是说它向额外维延伸的长度就和在膜上的尺度一样。另一方面，膜上的巨大黑洞将会延伸成“黑饼”。它被限制在膜的邻近，它在额外维中的厚度比在膜上的宽度小得多。　　若干年以前，我发现了黑洞不是完全黑的：它们会发射出所有种类的粒子和辐射，它们就如热体一样。粒子和象光这样的辐射会沿着膜发射，因为物质和电力被限制在膜上。然而，黑洞也辐射引力波，这些引力波不被限制在膜上，也向额外维中传播。如果黑洞很大，并且是饼状的，引力波就会留在膜的附近，这意味着黑洞以四维时空中所预想的速度损失能量和质量。因此黑洞会缓慢地蒸发，尺度缩小，直至它变得足够小，使它辐射的引力波开始自由地逃逸到额外维中去。对于膜上的某人，黑洞就相当于在发散暗辐射，也就是膜上不能直接观察到的辐射，但是其存在可以从黑洞正在损失质量这一事实推出。这意味着从正在蒸发的黑洞来的最后辐射暴显得比它的实际更不激烈些，这也许是为什么我们还未观测到伽马线暴，后者由正在死亡的黑洞产生。　　虽然还存在另一种乏味的解释，就是说不存在许多这样的黑洞，其质量小到不迟于宇宙的现阶段蒸发。这真是遗憾，因为如果发现一个低质量的黑洞，我就会获得诺贝尔奖。　　对于膜世界的产生有几种理论。一种版本是称为Ekpyrotic宇宙的影子膜模型。Ekpyrotic这个名字有点绕嘴，但是它是从希腊文来的，意思是运动和变化。在Ekpyrotic场景中，人们认为我们的膜以及影子膜存在了无限久。他们是在无限的过去在静态中启始的。膜之间一个非常小的力就使他们相互运动，膜就会碰撞，并且相互穿越，产生大量的热和辐射。这一碰撞被认为是大爆炸，也就是宇宙热膨胀相的启始。　　关于膜是否能够碰撞以及如此这般行为，存在许多未解决的技术问题。但是，即是膜具有所需要的性质，以我的意见，Ekpyrotic场景也是不能令人满意的。它要求膜在无限的过去启始时，处于一种以不可思议的精度调准的位形之中。膜的初始条件的任何微小变化，都会使碰撞变得乱糟糟的，产生一个高度无规的膨胀宇宙，一点也不像我们现在观察到的这个几乎光滑的宇宙。如果膜从它们的基态或者最低能态启始，初始条件被精确指定便是很自然的了。但是如果存在最低能态，膜将会停留在那儿，而永不碰撞。但事实上，膜从一个非稳态启始，必须人为地让它处于这种态。这必须是一只相当稳定的手，才能使初始条件那么精确。但是，但是如果一个人能够做到这一点，他能够使膜从任何方式启始。　　按照我的意见，膜世界启始的更远为吸引人的解释是，它作为真空中的起伏而自发产生。膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。水液体中包含亿万个H2O分子，它们在最靠近的邻居之间耦合，并且挤在一起。当水被加热上去，分子运动得更加快，并且相互弹开。这些碰撞偶然赋予分子如此高的速度，使得它们中的一群能摆脱它们的键，形成热水围绕着的蒸气小泡泡。泡泡将以随机的方式长大或缩小，这时液体中来的更多的分子参与到蒸气中去，或者相反的过程。大多数小蒸气泡将会重新塌缩成液体，但是有一些会长大到一定的临界尺度，超过该临界尺度泡泡几乎肯定会继续成长。我们在水沸腾时观察到的正是这些巨大的膨胀的泡泡。　　膜世界的行为很类似。真空中的起伏会使膜世界作为泡泡从无中出现。膜形成泡泡的表面，而内部是高维空间。非常小的泡泡将重新塌缩成无。但是一个由量子起伏成长的泡泡超出一定的临界尺度，很可能继续膨胀。在膜上，也就是在泡泡的表面上的人们（例如我们）会以为宇宙正在膨胀。这就像在气球的表面上画上星系，然而把它吹涨，星系就相互离开，但是没有任何星系被当作膨胀的中心。让我们希望，没有人持宇宙之针将泡泡放气。随着膜膨胀，内部高维空间的体积会增大。最终存在一个极其巨大的泡泡，它被我们生活其中的膜环绕着。膜也就是泡表面上的物质将确定泡泡内部的引力场。　　平等地，在内部的引力场也将确定膜上的物质。它就像一张全息图。一张全息图是一个三维物体被编码在一个二维表面上的象。我对全息图的全部知识是，在一张图上是星际航行的一集中的场景，我本人与牛顿和爱因斯坦在一起。（之后是一段黑白短片，在一个飞船船舱内三位巨匠和一位类似于船长的人在打牌，讨论着些事情，由于是英文对白，本人水平有限，未能得其意思。）类似于，我们认为是四维时空的也许只是五维泡泡内部区域所发生的事件的一张全息图。　　这样，什么是实在的呢？是泡泡还是膜？根据实证主义哲学，这是没有意义的问题。因为不存在独立于模型的实在性的检验，或者说什么是宇宙的真正维数是没有意义的，四维和五维的描述是等效的。我们生活在三维空间和一维时间的世界中，我们对这一些自以为一清二楚。但是我们也许只不过是闪烁的篝火在我们存在的洞穴的墙上的投影而已。但愿我们遭遇到的任何魔鬼都是影子。　　膜世界模型是研究的热门课题，它们是高度猜测性的。但是它们提供了可供观测验证的新行为，它们可以解释为什么万有引力为什么这么弱。在基本理论的基础中，引力也许相当的强大但是引力在额外维散开意味着，在我们生活其中的膜上的长距离引力变弱了。如果引力在额外维中更强，那么在高能粒子碰撞时形成小黑洞就容易得多。这也许在日内瓦建造中的LHC也就是大型强子碰撞机上可能实现。一个微小的黑洞不会吃掉地球，不像报纸中绘声绘色的恐怖故事那样。相反地，黑洞将会在“霍金辐射”的“扑”的一声中消失，而我将得到诺贝尔奖。LHC加油！我们可以发现一个膜的新奇世界。天天读书网（www.book.d78i.com）整理