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霍金用三根手指展开宇宙之膜
http://www.sina.com.cn 2002年08月19日 15:43 东方网-文汇报
本报北京8月18日专电霍金北上，“霍金热”跟着到了京城。今天下午，这位“轮椅上的爱因斯坦”继在杭州演讲后，在北京国际会议中心再次向2000多位首都听众做了题为“膜的新奇世界”的公众演讲，用他孱弱的3根手指为听众“描绘出”他大脑中美妙的多维宇宙。
3：30，霍金在随行人员的帮助下，自己驾驶轮椅车“走上”讲坛。他依然露出特有的微笑，接受着台下2000多名听众的热烈掌声。通过吐字清晰的语音合成器，他从容地展开那张神奇的宇宙之“膜”，引导人们进行一次高维时空旅行。
瘫坐在轮椅上的霍金，行动不便，思维却异常活跃，在黑洞、统一场理论、大爆炸宇宙学等当今理论物理学研究的最前沿领域，都有重要贡献。著名数学家、1982年菲尔兹奖章获得者丘成桐教授在报告开始前的致辞中，称赞霍金在微分几何上的成就“胜过大部分微分几何学家”。
霍金的理论确实是高深而难懂的，虽然他做了精心准备，且尽可能采用通俗的语言和事例，但听众想要跟上科学巨人的思想节奏，还是觉得困难重重。按照霍金自己的说法：能够读懂《时间简史》的人，至少可以拿物理学博士。
听不懂似乎并没有影响人们与这位科学奇才“亲密接触”的热情。原定下午3：00开始，但记者于2：10赶到会场时，入口处早已排起了长队，足有300米长。中科院数学与系统科学研究院的陶跃刚博士带着即将就读小学五年级的女儿排在最前，他们中午12：00就从家里赶来了。陶博士说，主要是让女儿感受一下科学的氛围。据观察，家长带着孩子或同学结伴来的几乎占了听众人数的2/3。
在长达80分钟的报告中，整个演讲大厅鸦雀无声，能够清晰地听到霍金用手指触摸语音合成器按钮的“滴”、“滴”声。会场外售书点上霍金的名著《时间简史》和《果壳中的宇宙》特别好销，不到2小时就售出了300多套。
解读霍金的宇宙
为了便于读者理解霍金的宇宙，记者搭上因特网，就他在《膜的新奇世界》报告中提到的有关概念，请教上海师范大学天体物理联合中心李新洲、孙珏岷2位专家。
为什么叫“果壳中的宇宙”？
果壳中的宇宙出典于英国戏剧大师莎士比亚的名著《哈姆莱特》。在剧中，主人公哈姆莱特有这样一句吟唱：即便把他关在果壳中，他仍然是无限空间之王。艺术与科学是相通的，莎翁和霍金原本就是他们各自领域中的无限空间之王。霍金认为，整个宇宙是一个4维果壳状的泡泡演化而来的，果壳上的皱纹(即量子扰动)在演化中产生了今天宇宙的所有结构。
弦理论基本思想是什么？
目前的物理学理论认为，物质是由原子组成，而原子由夸克和电子组成；粒子是一切物质的基本单元，像英语里的“字母”一样。
弦理论则假设不存在粒子，只有弦在空间运动。一条弦就是一个画在空间中的圈。它假设只存在一种弦，而各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。当一条弦在随时间运动的时候，它的轨迹不是一条线，而是一根管子。两条弦还可以结合在一起形成一条新弦；相反，一条弦也可以分裂成两条。弦理论认为，自然界中所发生的一切相互作用，包括电子和光子的相互作用，都可以用弦的分裂和结合来解释。
霍金的“膜”含义是什么？
霍金所讲的“膜”实际就是对多维曲面的通俗表达。他认为，时空就是一张推广了的“膜”，不过，它是4维的，不同于我们日常看到的2维膜。物理学家从英文薄膜(menbrane)这个单词中创造了一个弦理论的专用术语--膜(brane)。虽然已在学术界应用了10多年，但牛津词典中恐怕还没有将其收入进去。
M理论妙在何处？
上个世纪八九十年代，研究弦理论的学者提出了多种理论，最后形成5种互不相容的学说。这显然有违弦理论研究者创立一种能够调和广义相对论与量子力学的大统一理论的初衷。
经过多年的努力，到了1995年科学家终于找到了解决问题的钥匙，这就是M理论，它被称为是弦理论研究的第二次革命。
M理论中的“M”得名于英文中mysterious，就是奇妙的意思。
M理论认为时空是11维(10维空间和1维时间)的，但为什么我们日常生活中所见的时空是4维的呢？霍金认为，存在着两种可能的解释，其一是认为所有的额外维数都非常小，观察到它们实在是太难了；其二是额外维也许相当大，甚至是无限的，只是在我们目前的观察条件下，尚无法观察到它们而已。
暗物质指的是什么？
恒星绕银河系中心作缓慢的转动，大约2亿多年转动一周。银河系的形状像一个盘子，其中心附近聚集着大量的恒星，银河系的盘面里包含了更多的气体、尘埃以及一些恒星。如果套用开普勒定律，银盘外部恒星运动的速度应当比靠近银河系中心的慢。但是观测结果并非如此，整个银盘内恒星的运动速度大致相同。据此，天文学家认为，银河系中存在着大量暗物质，它们中的大部分分布在银盘的外围，从而加快了这部分区域内恒星的运动速度。
不过，暗物质尚未得到物理学实验的精确认证。
我们是生活在一张膜上呢，或者只不过是张全息图？
M-理论
量子力学
广义相对论
10-维膜
超弦
黑洞
11-维超引力
P-膜
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