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世界的第五维
http://www.xjtust.com  2001-05-08   

我认为,我们赖以生存的这个世界,是五维的,这是下列两个命题同时成立的前提,第一,“时间旅行”的可行性,第二,时间的不可逆性。这表面上似乎矛盾的双方,使我们不得不给四维空间加上第五维。 
首先,我们来看一下“时间旅行”的可能性。根据相对论原理,运动的时钟要比静止的钟走得慢,当钟的速度无限趋近与光速时,它两次“嘀嗒”的时间间隔就增加到无限长,时间也就停滞了。可以想象,当这个钟的速度超过光速时,将会出现什么情况----时间倒流了。因此,在一个有限的意义上,狭义相对论和广义相对论的时间膨胀,都允许一个观测者相对于另一个作“时间旅行”。 
当然,以超光速运动,似乎与现有理论相违背,其实不然。首先,在爱因斯坦的“思维实验”中,两个互相作用的旋转粒子,分离到无限远处。通过它们相互作用的方式,如果知道一个粒子的自旋,就可以推断另一个粒子的自旋。这样,两个粒子之间的联系,是由一种传播得比光还快的物理作用进行的。当然,这种作用,与我们平时所谓的物质有极大的差别,但即使是实在的物体,作超光速运动也是大有可能的。 
宇宙学家们发现时空景观中有一个奇异性质,称为“蛀洞”。它是爱因斯坦方程的一个解,其物理意思是:蛀洞连接着宇宙中相隔很远的两个点。当我们穿过蛀洞时,就相当于瞬间有了很大的位移。一般都认为,一张纸上的两点,以它们的连线为最短距离,可是,当我们把纸折起来以后呢?蛀洞就是如此,当我们穿过它时,别说达到光速,就是十倍,百倍光速也是可能的。这样,我们便可以回到过去。此外,广义相对论还有一个解,当一个宇航员掉入黑洞时,他可以避开奇点(即时间和空间的尽头)而穿过一条小通道,再从一个“白洞”跑出来。白洞可能存在于另一个宇宙,也可能存在于我们宇宙中的某处,如果是后者的话,我们就可以利用黑洞去作“时间旅行”。当然,在开始“旅行”之前,宇航员头部和腿部所受的引力差就会把他整个撕裂。而且,即使是宇宙飞船通过产生的微小扰动,也会使这条通道断裂。对于蛀洞,也同样如此。可是,如果考虑了物质的量子性质,蛀洞的坍塌就可以避免。随着科技的长足进步,说不定哪天我们可以把自己量子化,先记住自己的一切信息代码,然后将自身分解并穿过蛀洞,最后在另一端重组。 
所以说,“时间旅行”是完全可能的,但这又带来新的问题。如果允许一个人回到过去的话,他会找到过去刚出生时的自己,并将其杀死,这样,他在出生时就已经死了,绝不可能活到能干这件事的时候,这就是著名的“新生儿自谋杀案”。这似乎表明,我们应把“时间旅行”作为爱因斯坦方程的一个无物理意义的解,而将其舍去。此外,我们也从未有过被未来人类访问的记录,这似乎又是对“时间旅行”的一个有力反驳。 
但我以为不然。我们知道,在一条一维直线上,将一个点由坐标A移到坐标B,当它在B处存在时,坐标A上就绝不会还有这个点。同样,在四维时空中,我们也只能占用一个坐标。当我们在今天存在时,昨天的我们,已经不在了。在那个地方所留下的,只是一个由时间和空间组成的空坐标。我们可以回到过去,但在那儿,什么东西都没有,只有我们自己孤零零地留在那个坐标点上。因此,“新生儿自谋杀案”绝不会发生,因为我们不可能与过去的自己会面。而未来人没有“造访”过我们,也很好解释,因为根本不存在未来人。我们知道,宇宙也是有其“诞辰”的。从那一时刻起,它就沿着时间轴不断发展。对于今天的我们来说,宇宙只发展到今天,明天的宇宙,尚未开始,自然也不会有明天的人类。无论是对宇宙,还是对我们自己,都只有昨天,而没有明天。当我们到了明天,今天的我们就不存在了。所以,我们没有必要对“时间旅行”有什么恐惧,它不会改变历史,我们也绝不会和过去的,或是未来的自己握手。 
可是,我们是沿着什么路径回到过去的呢?是仅仅沿着时间轴倒退吗?我认为并非如此。从我们的常识来看,时间只能向前走,即我们只能有回忆,而不能预知未来;死尸只会逐渐腐烂,而不会从坟墓里爬起。虽然,许多科学理论并不支持我们对时间的看法。在这些理论中,时间的方向无关紧要,现代科学的几座大厦----牛顿力学,相对论,量子力学,也同样成立。 
在迷惑中,热力学给了我们支持。在所有理论中,热力学是最具普遍意义的,尤其是它的第二定律。正是在热力学中,认为时间是不可逆的。从第二定律中,我们发现了“熵”,它是量度一个系统可变能力的物理量,与时间有密切的关系。它的增加,正好与时间的前进一致。按照第二定律,在一个孤立系统中,自然发生的任何过程,都必然伴随着系统熵的增加,因而熵给所有的孤立系统,包括宇宙,提供一个时间方向。 
现在,宇宙学家们提出了一种新的理论:最初,时空是一无所有的,因而也是平直的。海森堡的不确定原理允许在短期内凭空产生一个能量。根据爱因斯坦质能方程,这些能量产生物质,而物质又引起时空的弯曲,宇宙也就“无中生有”了。这并不违背能量守恒定律,因为这些物质的质量带来的正的能量,恰被它们引力所引起的负势能所抵消,因此它的总能量还是为零。这样,混沌和动力学不稳定性这些概念与热力学不可逆相容。平直时空量子真空的不稳定性与不可预测性,经过充满物质的宇宙的创生,导致了不可逆性。这样,物质形成的过程被认为是在宇宙学尺度上不可逆的,并且黑体辐射的熵就是在这个原始过程中产生的。时间的诞生于是便成为一个不可避免的单向过程。 
时间是不可逆的,但我们又可以返回过去,在四维空间中,这两者必然是矛盾的。但倘若再加上一维,就不同了。我们知道,沿一维直线到两点中较远的一点,而不经过另一点是不行的,但在二维平面中,就可以跑出直线,轻松绕过去。同样,在一个平面上,要越过一条直线,也只需要增加一维,变成立体空间就行了.......因此,对于四维空间,要不违背时间的不可逆性而回到过去,也只有一个解释----世界还有第五维。在“时间旅行”中,我们从现在的四维空间消失,通过第五维,回到过去的时空坐标中然后,继续沿时间向前发展。 
利用五维世界假设,可以解释很多现象。如,极高红移类星体的发现,为研究宇宙的演化过程提出了新的挑战。现在一般认为,宇宙在红移等于5至1000之间,相应的年龄为10的6次方至9次方之间。这时,宇宙应处于混沌状态,在红移为5时不可能形成类星体这样量级的天体。以最大红移的类星体为例,其形成年代是在宇宙年龄的百分之七时,解释在宇宙早期形成如此大质量的活动星系是十分困难的,但利用五维世界假设就可以很容易解释:这个类星体其实并不存在,它实际上是宇宙中期产生的另一个类星体的像。在原类星体附近,有一个蛀洞,类星体发出的射线通过蛀洞,回到过去,然后,继续运动,知道今天被我们观测到,我们便认为它是宇宙早期就存在了。 
总之,给世界加上第五维绝不仅仅只是一种小技巧,它有其丰富的物理内涵,等待我们去发现。 
 


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2006-04-16 02:04:43 龙游天涯 发表评论 IP:220.186.168.*

第五维是什么?





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