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英科学家尼克

 tjhx0526 2012-07-08
根据现行的理论,科学家们普遍认为宇宙是在大约150亿年前诞生的,宇宙大爆炸是一切的起点,包括时间和空间。但英国著名的计算物理学家尼尔-图罗克近日对这一理论模型发起了挑战,认为大爆炸并非宇宙的原始起点,这一新观点在科学界引起了强烈的争议。

  根据现行的理论,科学家们普遍认为宇宙是在大约150亿年前诞生的,宇宙大爆炸是一切的起点,包括时间和空间。但英国著名的计算物理学家尼尔-图罗克近日对这一理论模型发起了挑战,认为大爆炸并非宇宙的原始起点,这一新观点在科学界引起了强烈的争议。

  尼克-图罗克任教于英国剑桥大学,他认为,大爆炸只是无垠宇宙的一个阶段,宇宙永远都在循环往复式地扩张和收缩。图罗克认为,不论是时间还是宇宙,都没有起点和终点。图罗克的主张引起了宏理论的怀疑者甚至天主教会的诸多讨伐。但是同时也博得了不少喝彩声,并引起人们的好奇。

  这是一个奇怪的想法,虽然图罗克本人并不认为这个想法比大爆炸理论来得奇怪:一个奇点,推翻了我们的物理法则,在那里,所有的方程式都无解;并且,所有我们平时用来解释我们所在宇宙及其内容的理论均不起作用。这些看上去让人很不舒服理论促使图罗克以“宏理论”的框架去解释大爆炸,这是一个很具争议并且尚未被证实的关于宇宙的理论。根据该理论,宇宙至少存在于十维,并且由被称为“宏”的一维元素组成。图罗克说:“第七个额外的维数是两个平行物体之间的间隙,被称为brane。就像两面平行的镜子之间的间隙。我们想,如果这两面镜子相撞会发生什么情况?它可能就是我们所谓的大爆炸。”

以下是图罗克教授在接受《连线》杂志采访时的谈话:

  《连线》:简单地说,您的主张是什么?

  尼尔-图罗克:在我们所勾勒的景象里,在大爆炸之前,就已经有了一个宇宙,而且非常像我们现在所处的宇宙:由低密度的物质和一些被称为“暗能”的物质组成。你不妨设想这样一个宇宙,宇宙里充满了暗能,但暗能实际上很不稳定,结果,暗能的衰退将两个brane拉到一起。这两个brane发生碰撞,然后充满了辐射,分崩离析地扩展开来,形成星系和恒星。然后暗能再一次占据统治地位。这是将两个brane拉近的那个能量。暗能它们拉回到一起。大爆炸接二连三地发生。时间没有起点。时间一直存在着。

  《连线》:但是仍然没有起点吗?

  图罗克:想象一下,在一间充满空气的屋子里,所有的这些分子都发生爆炸。在很长一段时间内,这些分子统一进行扩张--但是,在几亿年后,它们终将停在房间的某个角落里。如果你看着这个房间,并让钟表往前走,它们最终会让自己统一,但是这将会反转过来,你会看到它们飞进角落,然后又飞出来。如果这是正确的,这意味着时间在一段时间内会往前走。然后在一个阶段,时间会失去方向,然后时间后退,然后,时间又往前走。这是一个更大的景象:要理解它我们还远得很,但是我敢打赌,就是这么一回事。

  但我最主要的兴趣在于“奇点”。如果我们不能理解我们的出生地奇点,我们似乎就不可能理解粒子物理的法则。我就想搞懂最后一个奇点是怎么一回事,其他的奇点的问题留给未来的人们。

  《连线》:您如何检测这个理论?

  图罗克:如果宇宙是突然诞生的,并且以指数上升的加速度扩张,你就能从时空得到重力波。这些重力波会充满整个宇宙。在我们设想的模型里,两个brane之间的碰撞根本就不会产生重力波。所以,如果我们能测量这些重力波,那么我们就能看到哪个理论是正确的。

  史蒂芬-霍金跟我打赌说,我们会发现膨胀的证据信号。我说不会,任他赌多少钱都可以。目前为止他还没有明说要赌多少钱。他比我有钱,所以他占优势。

  《连线》:你说过大爆炸的标准解释在乡下犹太佬那里,但是你这个解释看上去也是换汤不换药。

  图罗克:基本上这是让方程式有效并且避免无解的唯一方法。我们的理论是在数学的允许范围之内的,而不是凭空乱吹。但是,我感觉要一窥早期宇宙舞台的空间的方法是激起我们的想象。我并不是必须要相信它们。最重要的是,研究这样的宇宙学问题的唯一智慧并且诚实的方法是:尽你所能建立一个精确的模型。我将这方法看成是一个大的智慧练习,一个激发我们思考的练习,使我们能更好地欣赏我们的宇宙。

  实验模型显示,大爆炸很可能是前一个宇宙的灭亡所触发的。与我们正在加速膨胀的宇宙不同,大爆炸开始之前,宇宙的“前世”处于收缩状态。计算表明它并不能收缩成一个没有体积的“奇点”,因为当温度和压力变得极大时,引力会变成斥力,阻止宇宙进一步收缩。根据计算,由于积蓄的引力能量非常大,宇宙收缩到一定程度后会发生“大反弹”,就像皮球重重地砸在地上之后会反弹起来。“大反弹”触发了当前宇宙的膨胀,在我们这个宇宙中还有可能找到其“前世”遗留下来的痕迹。这个模型意味着大爆炸不是时间的开始,宇宙可能有着无限的过去与未来。

  《连线》:对于学者们来说,你的理论是一个不小的震动。当阿兰-古斯在一个会议上批评你和你的理论时,他举出了一幅猴子的图画。这类讽刺没事吗?

  图罗克:那只猴子本身可能有些被夸张了。但是我实际上跟古斯是好朋友,并且我相信他只是开了一个玩笑。我和他经常在会议上见面,他是一个通情达理的人。这个领域是靠道理说话的。这些世俗的事情不会影响长远的道理的。最后,不好的道理不会生存下来。如果你有一个好的,清晰的想法,并且雅致、精准,与所观察到的相符,它就会生存下来。

  《连线》:天主教会同样不是很赞同你的观点。

  图罗克: 我认为他们因为一些显而易见的原因而喜欢大爆炸理论。这是一个创世纪的事情,他们觉得大爆炸理论很有吸引力。大部分物理学家宁愿选择不相信创世纪的神话,因为没有任何物理法则可以推算出时间是如何开始的。

  我并不是出于理论研究的动机。如果能够得在数学上精确无误的推算出时间是如何开始的,我会喜出望外。我将科学与宗教看作完全不同的两样东西。我不会把科学与类似于“世界上存不存在上帝”的问题联系在一起。

  如果世界是循环的,从某种意义上来说,你仍然需要一个警察来执行物理的法则。如果你硬是要“上帝”来做这个事情,也行,但那是关于“为什么这世界是这样的?”的信仰。科学研究的是世界是如果运作的,而不是研究它为什么在这里。

  《连线》:对很多人来说,科学是宝贵的,是因为科学给予我们许多暗喻――自然世界的诗篇。你的工作也是这样的吗?

  图罗克: 我们就像需要科学一样需要诗歌,但是它们是完全不相干的事情。我也不以此作为工作动机。思考这些问题,并且试图建立可能行得通也可能行不通的模型,这让我感到非常幸运,并且感到荣耀。去思索这些问题是一项殊荣――就算我们没有成功,就算我们所做的一切,最后发现的只是这个问题有多么的难,这个殊荣让我们走到了一起。这个世界是一个难以置信的奇迹,我们必须做我们所能做的一切去欣赏它。

  《连线》: 无论你发现了些什么,都不会对日常生活有多大用处。

  图罗克:不会有实际有处,但是这个领域特别之处之一,就是人们都喜欢这东西,不管他们来自什么样的文化。霍金所获得的名声一部分是因为他本身是一个非常出众的人,另外也因为这些问题和科学非常吸引人。所以,我们看到,来自非洲各地的学生,来到非洲科学院学习数学科学,并且尝试超越爱因斯坦。这一切让人非常吃惊。这一研究的“副作用”也非常好。我每年教授数百名学生的数学,我们的研究对象是前沿的,研究态度严肃的,我们提升了知识氛围。很多最优秀的学生喜欢这样做。这就像阿波罗登月项目,在科学领域有着巨大的连带效应。所以,就算这类科学和思索没有潜在的经济价值,它们仍然激动人心,并且不需要太大花费。

  《连线》:你认识那么多非洲学生,那么你如何看待詹姆士-威尔逊的言论?他认为非洲人在进化过程中智商低于其他种族。

  图罗克: 我认为他是个疯子。我的学生们非常上进,并且成功的人非常多。如果他真的相信非洲人低人一等,他只需要到科学院来看看。我保证他与这些学生一起渡过一个下午之后,他就会改变他的观点。

  1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,并形成了目前的宇宙。从此之后,大爆炸理论成为众多科学家争论的焦点。宇宙大爆炸仅仅是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设想。大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的,现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。

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