PDF《膜的新奇世界 ！》

! # 卷(#$$ 年) % 期 特约专稿 膜的新奇世界! 史蒂芬・霍金 0+1) !! 转载自 《数学译林》 #$$# 年第 期第 %2 ―%23 页 原题为 45-+( 6(.

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经与 ,-./0+1 教授的助手 6((9 &

*(-5(5 先生联系, 征得 ,-./0+1 教授本人的同意, 本文译自 #$$# 年,6,?, 是我的同事 @-A9 B8.+C(+: (保罗・汤森德) 引入的, 用来描述 日常意义下二维膜的高维推广;

大脑 (4=>

D6) 和膜的英文读音相同, 这一双关语也许有相当的耐 人寻味之处;

我们确信自己生存在一个三维空间中;

即,我们可以借助三个数字来刻画房间里一个物体的 位置;

这三个数字可以是离北墙 E 英尺,离东墙 英尺,高于地板 # 英尺;

或者在更大的尺度上, 可被取作纬度、 经度和海拔高度;

在更大的尺度上, 星系中一颗恒星的位置可以用星系纬度、 星系经 度和到星系中心的距离这三个数字来标识;

除了标识位置的三个数字, 我们能加入标记时间的第四 个数字;

于是,我们可以宣称自己生活在一个四维时空中,其中, 每个事件以四个数字标记,三个 数字表示事件的位置,第四个数字表示发生的时刻;

正是爱因斯坦的天才, 认识到时空并非平坦而 是被其中的物质和能量所弯曲;

根据广义相对论,行星之类的物体总是试图沿着直线穿越时空,然而时空是弯曲的,于是行 星的轨迹看似被引力场所弯曲了;

打个比方,取一重物代表恒星,把此重物置于一块橡皮膜上;

此 物的重量会把橡皮膜压下去,从而使橡皮膜在重物近旁弯曲;

如果你此刻在橡皮膜上负载一个小 球,并让小球滚动,此图景就好像行星绕恒星做轨道运动;

利用设置在船只、 飞机和某些车辆上的全球定位系统,通过比较来自不同卫星的信号,我们 现在已经证明时空确实是弯曲的;

如果还有人假定时空是平直的,那么他将计算出错误的位置;

三维的空间与一维的时间是我们所看到的;

那么我们为什么要相信存在还没有被观察到的额 外维度呢?它们仅仅是科学幻想吗?还是它们确有可探测的后果?我们认真看待额外维度的原因 是, 尽管爱因斯坦的广义相对论跟我们的观测相符,同时他的理论却预言了它自身的界限;

=81(5 @(+58C( (罗杰・彭罗斯) 和我证明了, 在宇宙大爆炸中, 时间有一个起点,时间的终点在黑洞里;

在 这些地方,广义相对论可能是失效的,因此人们无法用广义相对论来预言宇宙如何开始,或者对 某个落入黑洞的人将会发生什么;

广义相对论在宇宙大爆炸与黑洞里失效的原因是, 它没有考虑物 质在小尺度上的行为;

在通常的情况下,时空的弯曲是非常轻微的,而且发生在相对大的尺度上;

所以, 小范围的涨落不会影响它;

但是在时间的起点和终点上,时空被挤压成一个点;

为了处理这 个问题,我们需要将描述大尺度的广义相对论和描述小尺度的量子力学结合起来;

这将产生一个 描述宇宙从起点到终点的、 包罗万象的理论;

在过去的 $ 年里, 我们一直在寻找这个包罗万象的理论;

现在我们认为已经有了一个候选者, 姑且称它为 F 理论;

事实上,F 理论不是一个单一的理论,它是一组物理上等价的理论织成的网 络;

这一点迎合了关于科学的实证主义哲学;

对于后者,理论仅是一个描述和整理观测数据的数学 模型;