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M理论中对时空与物质起源的看法
(物理学上的时空与物质70)
根据日常生活经验人们发现,万事万物都有它的起源,而万事万物都包含在宇宙之中,这自然会使人联想到宇宙是如何起源的这个问题。在古代的神话、宗教、和哲学之中,充满着对这个问题的猜想;只有在广义相对论的理论建立之后,宇宙起源的研究才成为科学,这就是宇宙学。
宇宙包括时空和物质两大部分,宇宙的起源联系着时空和物质的起源。时空的起源和物质的起源这两类起源可能同时进行,也可能分别先后进行。‘宇宙大爆炸’假设就是关于宇宙起源的一个假设,这个假设也必然联系着时空的起源和物质的起源。维基百科和百度百科对‘宇宙大爆炸’的解释都大致是:“‘ 宇宙大爆炸’是宇宙学的一种假说,它认为我们的宇宙是在过去有限的时间(大约150亿年)之前,由一个密度无限大且温度无限高的太初奇点状态演变而来的,经过不断的膨胀到达今天的状态”。一些科普书籍对‘宇宙大爆炸’的解释也大致是这样叙述的,这类叙述都大致符合宇宙学的科学著作。可是,在一些科普书籍中,对‘密度无限大且温度无限高的太初奇点状态’是什么状态?说明和解释得不够,以致使得一些人误认为上述‘奇点’是位于空间中的某个几何点。顾名思义,易于把‘奇点’联想为体积为零的空间点;可是,由宇宙学原理及广义相对论可推出[1],只有当3维空间曲率为正时,宇宙空间才是有限无边的,才可能存在体积为零(或有限)的空间‘奇点’,而当3维空间曲率为负或为零时,宇宙空间都是无限无边的,根本不可能存在体积为零(或有限)的空间‘奇点’。虽然在宇宙学中也可把无限无边的宇宙空间,当其中物质密度为无限大且温度为无限高时的状态叫做奇点状态,但这不符合人们在日常生活中关于空间‘奇点’的直观印象。
可是,在M理论中,‘宇宙大爆炸’却可起源于一有限的空间范围中,这一有限的空间范围相当于目前宇宙学标准模型中的‘奇点’,但M理论中这一‘奇点’概念符合人们在日常生活中关于空间‘奇点’的直观印象。这是由于M理论认为[2]:1、宇宙空间有个最小的线度,即普朗克长度;2、当宇宙空间的线度在普朗克长度附近时,宇宙空间中的每一维(包括目前宇宙未蜷缩的空间3维)都要发生蜷缩。总之,按照M理论的这些观点,可得出M理论对时空起源的看法:1、在‘宇宙大爆炸’之初,9维空间维都是蜷缩的,1维时间维也是蜷缩的,那时不存在时空概念,2,‘宇宙大爆炸’发生后,时间维和3个空间维展开并不断膨胀,于是出现1+3维时空与有关概念。必须指出,M理论对时空起源的看法
还只是一个假设,有待理论上的进一步研究和实验上的验证。
M理论对物质起源的看法是:1、在‘宇宙大爆炸’之初,物质是随时空蜷缩在一起的,2、‘宇宙大爆炸’发生后,物质随时空膨胀,密度减小,各种基本粒子出现,但物质的总质量守恒。应当指出,这个物质起源的看法不是很彻底的起源看法。为什么说它不是很彻底的起源看法呢?一个谈论物质起源的彻底的看法应当说明物质如何从无到有,而目前的M理论还不能说明。本博认为这是个值得进一步研究的问题。
参考文献
[1] 刘辽,赵峥 “广义相对论(第二版)”,2004,高等教育出版社,北京.
[2] 格林 B 著,李泳译,《宇宙的琴弦》.2002,湖南科学技术出版社,长沙.
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