奧秘?zé)o窮的時(shí)間與空間
先說(shuō)時(shí)間，如果從最原始的意義上去考察，從我們最基本的體驗(yàn)中去探索，時(shí)間的本質(zhì)可歸結(jié)為“現(xiàn)在”、“過(guò)去”、“未來(lái)”。由于“過(guò)去”和“未來(lái)”是以“現(xiàn)在”劃分的，那么什么是“現(xiàn)在”呢?
愛(ài)因斯坦曾經(jīng)為“現(xiàn)在”這個(gè)問(wèn)題大傷腦筋。
他解釋道：“‘現(xiàn)在’這種經(jīng)驗(yàn)是人所專有的東西，是同‘過(guò)去’和‘將來(lái)’在本質(zhì)上都不同的東西，然而這種重大差別在物理學(xué)中并不出現(xiàn)。也不可能出現(xiàn)。這種經(jīng)驗(yàn)不能為科學(xué)所掌握?！?br>
時(shí)間特有的難以捉摸之處，確實(shí)讓許多科學(xué)家痛苦但卻無(wú)可奈何。從普通人的觀點(diǎn)看，時(shí)間最突出的特點(diǎn)有兩點(diǎn)：一是它沒(méi)有開始也沒(méi)有結(jié)束，二是不可逆轉(zhuǎn)。時(shí)間常常被喻為流水，被喻為飛箭：過(guò)去不可改變，未來(lái)一片茫然。
目前在時(shí)間本質(zhì)上，大致有兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為時(shí)間是循環(huán)的；另一種認(rèn)為時(shí)間是線性不可逆的。
牛頓
在經(jīng)典力學(xué)中對(duì)時(shí)間的解釋是：“時(shí)間就好像一條無(wú)頭無(wú)尾的均勻連續(xù)流逝的長(zhǎng)河，和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，它是絕對(duì)的、無(wú)限的。絕對(duì)空間與絕對(duì)時(shí)間互不依賴，也不與物質(zhì)和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)?！?br>
愛(ài)因斯坦在他創(chuàng)立的相對(duì)性原理和光速不變?cè)碇?，?duì)時(shí)間有了新的認(rèn)識(shí)，他認(rèn)為時(shí)間與空間并不是互相孤立的，而是不可分割地聯(lián)系著，空間與時(shí)間互相滲透、轉(zhuǎn)化。
蘇聯(lián)學(xué)者魏尼克曾經(jīng)提出’一個(gè)全新的關(guān)于時(shí)間物質(zhì)和時(shí)間場(chǎng)的假說(shuō)，認(rèn)為宇宙萬(wàn)物都屬于時(shí)間物質(zhì)，都具有時(shí)間的連續(xù)性。時(shí)間物質(zhì)也像輻射、波一樣，不停地放射著一種時(shí)間粒子，它能起信息載體的作用。
再說(shuō)空間，科學(xué)家們過(guò)去對(duì)空間有著各種各樣的解釋：牛頓的空間與物質(zhì)是各自獨(dú)立的、完全脫節(jié)的，它們只是互相貼附在一起，而不發(fā)生相互作用，因此牛頓的空間模型只適用于空間的某一局部而不適用于宏觀整體；愛(ài)因斯坦的空間具有相對(duì)性，他的空間被劃分為一系列相對(duì)孤立的系統(tǒng)，他考慮的空間是體積有限同時(shí)又沒(méi)有邊的奇異空間，大體上相當(dāng)于正曲面所有的性質(zhì)；現(xiàn)代數(shù)學(xué)家則把空間劃分為三類，即零空間、正空間和負(fù)空間。人們所謂的平直空間即零空間。當(dāng)然愛(ài)因斯坦還有一個(gè)著名的四維時(shí)空理論，在相對(duì)論中，他確認(rèn)了時(shí)空的四維統(tǒng)一性。
現(xiàn)在科學(xué)家認(rèn)為：和光同時(shí)具有波和粒子兩重性質(zhì)一樣，空間也具有兩重性。這兩種性質(zhì)是指相對(duì)于某種參照系而言的，在遠(yuǎn)離引力場(chǎng)的宇宙中，空間應(yīng)當(dāng)是平直的，即所謂的零空間；在引力場(chǎng)中，空間則應(yīng)當(dāng)是彎曲的，即正空間與負(fù)空間。假如將一束激光向宇宙任意一個(gè)方向射去，并且永遠(yuǎn)運(yùn)行下去的話，那么這束激光所走的路線即所穿過(guò)的空間究竟是平直的還是彎曲的呢?這就需要看這束光所經(jīng)過(guò)的區(qū)域而定了：如果光束在無(wú)邊無(wú)際的宇宙空間中穿行，這個(gè)空間就是零空間，就一定是平直的；如果光線在行進(jìn)途中與某星系或某個(gè)大質(zhì)量的星球擦肩而過(guò)，受其引力影響，這個(gè)空間就必然是彎曲的，其空間的彎曲量則根據(jù)星系或星球引力場(chǎng)的大小而定。所以，可以說(shuō)牛頓的平直空間是基礎(chǔ)，愛(ài)因斯坦的彎曲空間是變量，現(xiàn)代的數(shù)學(xué)空間是綜合，三者統(tǒng)一起來(lái)就完善了。
如何證實(shí)宇宙中存在彎曲空間?
科學(xué)家用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)一個(gè)叫AC-114的星系團(tuán)進(jìn)行拍攝時(shí)，發(fā)現(xiàn)這竟然是一個(gè)遙遠(yuǎn)星系的鏡像，那個(gè)我們本來(lái)無(wú)法看見(jiàn)的遙遠(yuǎn)的星系正是通過(guò)這個(gè)巨大的前景星系團(tuán)來(lái)成像的。這個(gè)星系團(tuán)的引力恰如一片宏偉的天然透鏡，使來(lái)自遙遠(yuǎn)星系團(tuán)的一束光線通過(guò)AC-114星系團(tuán)彎曲、集中，并會(huì)聚成幾個(gè)光譜完全相同的圖像，于是我們就看到了AC-114星系團(tuán)背面更加遙遠(yuǎn)的星系或超大規(guī)模星象。這就是由引力透鏡所造成的空間彎曲的證據(jù)。
從愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論導(dǎo)出，物質(zhì)的時(shí)間、空間、質(zhì)量隨物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，這樣打破了經(jīng)典力學(xué)中的“絕對(duì)時(shí)間”和“絕對(duì)空間”的觀點(diǎn)。時(shí)間的速度并不是固定不變的，運(yùn)動(dòng)較快的物質(zhì)，時(shí)間流逝的速度則較慢。時(shí)空可以轉(zhuǎn)換，時(shí)間和空間可以縮短。
事實(shí)上，筆者認(rèn)為空間本身沒(méi)有質(zhì)量，由于它容納了物質(zhì)，它便具有質(zhì)量；空間本身無(wú)所謂時(shí)間，由于它“默許”了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，于是便產(chǎn)生了時(shí)間。從某種意義上來(lái)說(shuō)，空間無(wú)所謂物質(zhì)，又不能沒(méi)有物質(zhì)；空間無(wú)所謂時(shí)間，又離不開時(shí)間。
目前，進(jìn)行時(shí)空研究的學(xué)者大致提出了以下幾種觀點(diǎn)：
平行世界論
德·勃洛欣采夫和弗·澤列寧兩位學(xué)者，在分析了大量天文觀測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)理論上的計(jì)算和大量研究后得出如下結(jié)論：我們所看到的宇宙(總星系)不可能形成于四維宇宙范圍內(nèi)。也就是說(shuō)我們周圍的世界不只是在長(zhǎng)、寬、高和時(shí)間的四維時(shí)空中，形成的宇宙可能是由上下毗鄰的兩個(gè)世界構(gòu)成的，它們之間的聯(lián)系雖然很少，卻幾乎是相互重疊的。這兩個(gè)物質(zhì)世界通常是很少相互影響的“形影”狀世界。在這兩個(gè)重疊式世界形成時(shí)，將它們“復(fù)合”為一體的相互作用力極大，各種物質(zhì)高度混雜在一起，進(jìn)而形成統(tǒng)一的世界。后來(lái)宇宙發(fā)生膨脹，引起物質(zhì)密度下降、引力衰減，從而形成兩個(gè)實(shí)際上互為獨(dú)立的世界，就是在我們的時(shí)空中存在一個(gè)與我們毗鄰的平行世界。
正負(fù)宇宙世界論
持這種觀點(diǎn)的學(xué)者把我們?nèi)粘Ｉ畹奈锢頃r(shí)空稱之為正宇宙，它具有長(zhǎng)、寬、高三維，光速為其極限速度，可看得見(jiàn)摸得著，時(shí)間呈正向流逝，空間不具有伸縮性；把另一物理時(shí)空稱之為負(fù)宇宙，負(fù)宇宙具有長(zhǎng)、寬、高、時(shí)間四維，速度可超光速，看不見(jiàn)摸不著。當(dāng)速度達(dá)到光速或超光速，時(shí)間可以倒流，也可以停止，空間可以伸縮。以上正負(fù)兩種時(shí)空具有相對(duì)的非同時(shí)性。從正宇宙進(jìn)入到負(fù)宇宙時(shí)，稱之為隱形；從負(fù)宇宙進(jìn)入到正宇宙時(shí)，稱之為顯形。兩種時(shí)空是同時(shí)存在相互依存的。負(fù)宇宙包含于正宇宙之中，正宇宙的一切物理法則都包含于負(fù)宇宙的宇宙大法則之中。
“十維時(shí)空”世界論
有些學(xué)者認(rèn)為時(shí)空不是四維而是十維。著名科學(xué)家錢學(xué)森在《自然辯證法要與科學(xué)技術(shù)同步發(fā)展》一文中曾經(jīng)指出：“按現(xiàn)在的最新的理論——超弦理論來(lái)講，時(shí)空不是四維而是十維，那么比一般時(shí)空多出來(lái)的六維是從哪里來(lái)的?……超弦世界是十維，有六維是你看不見(jiàn)但又起作用的，你看不見(jiàn)就會(huì)認(rèn)為物體的運(yùn)動(dòng)是掌握不了的，是非決定性的，其實(shí)是那六維，六個(gè)因素沒(méi)有考慮?！?br>
早在20世紀(jì)80年代，西方物理學(xué)家葛林、約翰·休瓦茲就提出了“超時(shí)空”論，他們認(rèn)為宇宙不是三維空間，而是九維空間，連同時(shí)間一維，稱為“十維時(shí)空”。九維空間又分成三宇宙：我們居住的看得見(jiàn)而實(shí)有的三維空間稱為第一宇宙；看不見(jiàn)而虛有的三維空間稱為第二宇宙；看不見(jiàn)而實(shí)有的三維空間稱為第三宇宙，也被稱為“平行世界”。
那么看不見(jiàn)而虛有的第二宇宙又是個(gè)什么世界呢?筆者認(rèn)為這里很可能是指的陰性世界。它們是由波或場(chǎng)等陰性物質(zhì)形成的世界。
“M論”理論
“M論”理論是不久前由美國(guó)普林斯頓大學(xué)的保爾·斯坦哈特教授提出的。該理論認(rèn)為，宇宙共有十一維空間，其中六維因繞成微小絲狀可忽略不計(jì)。大爆炸發(fā)生前，宇宙是由兩個(gè)四維平面構(gòu)成的，其中一個(gè)平面是我們今天的宇宙，另外一個(gè)是“隱藏”的宇宙。研究人員稱，這一隱藏宇宙的隨機(jī)波動(dòng)，使其產(chǎn)生變形和接近我們的宇宙。當(dāng)它“濺”入我們所在的宇宙時(shí)，撞擊產(chǎn)生的能量在大爆炸中轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在宇宙的物質(zhì)和能量。
這一理論解釋了宇宙為什么膨脹及如何膨脹等有關(guān)宇宙的重要細(xì)節(jié)，其研究結(jié)果將可能揭示出150億年前大爆炸發(fā)生前宇宙發(fā)生了什么。目前，英國(guó)劍橋大學(xué)和美國(guó)太空望遠(yuǎn)鏡協(xié)會(huì)的科學(xué)家正在研究這一宇宙形成的新理論。劍橋大學(xué)的瑞斯教授說(shuō)，這一有關(guān)大爆炸發(fā)生前早期宇宙的看法，強(qiáng)調(diào)了宇宙與微觀世界的聯(lián)系，但只有等人們對(duì)空間和時(shí)間有了更深入的認(rèn)識(shí)后，這些觀點(diǎn)才能進(jìn)一步確認(rèn)。
“M論”理論強(qiáng)調(diào)大爆炸發(fā)生前，宇宙還曾經(jīng)發(fā)生過(guò)另外一次大震蕩。
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