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丽莎•兰道尔:五次生物大灭绝或源于看不见的物质

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发表于 2018-11-7 03:14 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
丽莎•兰道尔:五次生物大灭绝或源于看不见的物质

环球科学ScientificAmerican
[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]2 days ago
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著名理论物理学家丽莎·兰道尔在11月4日腾讯WE大会演讲中分享了有关额外维度以及暗物质的最新研究与思考,她阐述了物理学家追寻更高维度存在证据的历程,并提出了地球几次生物大灭绝或许离不开暗物质作用的新颖观点。我们根据丽莎·兰道尔的演讲,整理出下文。

下面是丽莎·兰道尔的演讲内容。

本刊记者丨杨心舟

宇宙范围之大超出了我们的可见范围,有观念认为,只要是看不见的东西就不存在。但我们知道,视力是有限的,只能够看到可见波长的东西,即我们日常所见的东西。有一些物质,甚至包括光在内,是不可见的。但我们可以通过工具、方法、技术来观测,比如说红外线望远镜,可以使我们看见无法直接观察的红外光。但还有一些物质是根本不发光的,比如暗物质。还有一些因为“太小”导致我们无法看到,比如说额外维度

有一些人觉得,看不见是因为这个东西是我们不可及的,比如说太远或者没有看对方向。但最糟糕的借口是什么?是我们没有想去看,觉得不在我们的领域之内,所以我们根本不操这份心。“我希望大家能够想一想,我们能够找寻什么,哪些事情如果我们现在不去观测就有可能错失。”


我们生存于一张二维的膜上

我们对生活的三维世界熟悉不已,左右、上下、前后,即使是物理学的定律也是这样来设计的。但是我想给大家解释一下,也可能存在我们还确实不知道、甚至超过我们能够直接观察到的,三维世界以外的更多维度的世界。我们如何思考这一点呢?

假设我们真的想做的话,我们可以考虑除了投射之外的方法,比如降一个维度。我们可以想象一下,我们是二维生物,生活在一个三维的世界当中,我们将如何观察三维的世界呢。你能够看到的只是切片,就像有东西穿出来穿过去。

比如说你可以想象,这样的一个球体会穿越二维的世界,如果说你是生活在一个平面上,你会看到有一些像盘子一样的东西,开始小后来大然后又小,我们能够用这样的方法,联想到其实是存在一个三维物体的。

还有一种角度能够让我们去思考这个问题,仍然是用降维的方法,比如说投射。但是单一的投射会有误导性,比如大家做过光影游戏,就是直接从物体一个方向照射过去获得影子。这样的单点投射,并不会给到你三维的信息,如果说把多个投射能够结合起来,才具有条件构想出一个三维的物体。


                               
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单点投射不能展示完整三维物体

因此三维物体并不是一次性观察到的,而是多次观察然后再整合起来,这样我们可以了解到更高维度的事物。还有一个就是全息影像,一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。

卡鲁扎1999年的时候提出了额外维度,也就是说在爱因斯坦提出《广义相对论》之后,很快他就提出了额外维度的思想。“爱因斯坦的方程可以在任意数量的维度当中都是适用的,他认为额外的维度是我们看不到的,因此它就很特殊,这是一个有趣的思想。”克莱恩他提出了额外维度可能非常非常小,它被卷成了极小的体积,因此宇宙只是一个二维的世界,即可以被卷曲起来了。

在1999年的时候,克莱恩和我就发现了还有一种新的方法去隐藏维度,这种理论是在弦理论基础上衍生出来的,也被称作膜理论。在高维度空间当中存在类似于膜的物体,我们可以生活在一个膜世界当中,在高维度的世界当中,我们所知道所有的事情,其实都被聚集在了一张膜上,这边我们可以看到是一个二维膜的图片。像人、引力甚至太阳、行星都聚在一张二维的膜上。


                               
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人、引力甚至太阳、行星都聚在一张二维的膜上。

“通过膜理论,我们有很多有趣的发现。这里可能会有新的方式能够隐藏额外维度,而不只是把它卷起来。”像人、引力甚至太阳、行星都聚在一张二维的膜上,其它的力可能会在一个三维的膜上。

这就好比我们看来就是一根线的物体,如果用放大镜观察,就可以发现其实里面还有另外的世界———里面的纤维有粗有细,有不同的方向。这就是我们看不见兰道尔教授假设的第五维空间的原因,因为维度太小了。


必然存在高维度空间

在物理学当中,还有一个所谓大家知道的等级问题,问题就在于引力为什么比其他的力弱那么多。引力看上去可能并不弱,如果你爬山的话就会这么觉得。可你想象一下,一个磁铁能够吸住整个地球,当然也可以吸住一个曲别针,这个时候引力要比磁力看上去弱那么多。

问题就来了,为什么引力这么弱?虽然说理论上有不同的阐述,答案可能来自于平行宇宙,即两张不同的宇宙二维膜。这也是大型强子对撞机想寻找的,在标准模型之下隐藏着什么。

其中之一的可能性,即在弯曲的时空几何中存在两张膜,一张就是我前面所描述的我们所居住的膜,另外一个是引力膜,引力集中于此。


                               
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如果我们生活在引力膜上的话会更强,但如果你移到第二张(弱膜)上的话,引力就会有一个急剧的、指数级的下降。这个办法其实可以解决爱因斯坦提出的方程,它其实用到的就是我们说的额外维度的几何,它的弯曲度实在是太高了。我们在离开了引力膜而进入到弱膜的时候,引力急剧下降。因此我们可以解释,为什么在我们所居住的地方,它的引力要比宇宙当中的其他地方低那么多。

现在在欧洲原子研究中心就有这样的大型强子对撞机,在去做这样的研究。他们尝试去寻找克鲁扎-克莱因粒子(K-K粒子),一种能够在额外维度当中运动并携带的粒子。你能够用这样的粒子,通过碰撞产生新的粒子。然后我们就可以把新粒子侦测出来,这一点很有意思。大家经常一讲到额外维度的时候,就会说粒子逃逸到了额外维度当中,但实际上额外维度本身是弯曲的,这才导致了在传感器当中的粒子消失,而没有排出。


追寻看不见的物质

关于额外维度我就想讲这么多,后半部分的时间我想谈一下另外一个我们看不见的世界,大家看到的宇宙大概只有5%的这么一小部分是我们所知的物质。所谓暗的东西,这里包括暗物质,它们就像其他的物质一样,通过引力相互作用,但是它们不能够跟光相互作用。

其实,它的存在并不足为奇,为什么说物质就只限于组成我们的那些物质呢,其实你已经每天都穿越了数以十亿计的暗物质的例子,它的引力如此之弱,没准就在这个地方存在,而我们并不知道它的存在。


                               
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宇宙中我们了解甚少的暗物质。

我们把它叫暗物质,但它其实并不暗,我可以说我的夹克是暗的。暗物质其实应该被称为透明物质,它是光线能够穿过的物质,但是它非常的重要,因为赋予了宇宙性状。它的能量比现在我们知道的这些物质多5倍还要多。

在我们的星系当中,星球会旋转,非常地快,这样的一种引力能够去吸住各种各样旋转的物质,使之不逃离出去,其实这里就包括了普通的物质加上其它的一些什么东西,其它的东西就是暗物质了。有一种称作引力透镜的方法能够让我们去看到暗物质,因为暗物质会影响到光的路径。


暗物质影响生物大灭绝?

我们认为暗物质可能有特定的类型,多数的暗物质是没有相互作用的,但是有一些暗物质是有的,我认为它是可以侦测的,也会影响到我们的太阳系甚至可能导致彗星撞击,其中的某一次可能导致了恐龙灭绝。我这种观点主要是基于一个问题,为什么只有普通的物质存在呢?

我们的宇宙当中有那么多的东西来组成,其中也包括我们能够看到的东西,也包括我们看不到的粒子和相互作用,有部分暗物质是带电荷的,也许我们的这些物质跟光的关系,跟暗物质跟光的关系是不一样的,所以我们才看不到它,又或许暗物质跟与其特定类型的光有相互作用,而这种光对于我们是不可见的。

如果说暗物质它能够也有自己的光,它就也会有自己的辐射,因此可能形成类似银河系星盘的一种暗物质盘,它可能会影响到星球的运行。

大家都了解太阳系现在有八大行星,同时也有一些别的东西围绕它,比如说小行星、彗星等等一些长期的彗星,也就是超过两百年的彗星,它们跟太阳之间的引力是比较弱的。“如果有人踢它一下就会将它踢出太阳系,而不是冲向地球,但是我们也知道彗星会撞击地球,上一次大规模的灭绝就是一个像这样的物体撞击地球所导致的。”


                               
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彗星撞击地球导致的恐龙大灭绝可能与暗物质有关?

我们的想法是整个太阳系会围绕银河系去运行,比如说2.5亿年运行一圈,这个时候有可能会定期的穿越银河系的星盘,穿越的过程中,可能暗物质比较浓,或者密度比较大,这里可能会有更大的潮汐力,因此会作用于所有的事情。如果太阳系正好穿越银河系星盘的时候,更有可能导致云往外释放东西出去,这样使得这些彗星更有可能向太阳系外,而不是向地球冲过来,这样我们就可以考虑冲撞的影响是什么。

地球上一共有五次大灭绝,大灭绝大概有一半或者2/3的地球物种会消失。它们不只是灭绝,而且它们的子孙后代也无法存活,这可以说是地球生命的重启,6600万年前,出现了白垩纪大灭绝,这样的科学课题能够把很多不同的学科综合起来。

我也不知道暗星盘的概念是否正确,在我们坐而论道的时候,也可以去探寻真相。借此机会能够更多地了解宇宙当中这些奇怪的联系。我们要想了解,就需要开展一些重大的项目,使大家能够从各个方面的科学思想进行结合,从而走向真相。




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