～宇宙應該是十維的空間維度嗎？也一直經歷著“生死輪回”過程～

科技時代的人類都知道，自己生活在“三維空間”之中，如果加上時間，那麼就是“四維時空”了。可是已有科學家稱還有另外“六個空間維度”是人類至今所不知的。

來自威斯康星大學麥迪森分校的一位物理學家，從太空中尋找靈感，提出了這樣的一個假設，在物理學“弦論”的基礎下，人類的世界並不完整。除了三維空間和時間之外，還應該存在另外六個空間維度。這些“隱藏”的空間維度以極其微小的幾何形狀捲曲在我們宇宙的每一個點中。

六維空間可以接納任何可能的形狀，而且都與其自身的世界相一致，具有其自身的物理學規律。“宇宙應該是十維的”是根據一種超弦理論的論證，科學家通過數學方程計算得出的結論。就目前而言，人們只瞭解一維時間、二維平面、三維空間以及愛因斯坦提及的“四維時空”概念。除此之外“超弦理論”預測還應該存在另外六個人類未知的空間維度。

以水管為例說，當人們站在這根水管的正面看時，水管就是一條直線，我們就只看到了它的前後，它就是一維的。當人們站在一個平面裏，看這根水管，就能看到水管的上下左右，那麼人們就看到了它就是二維的。當人們在一個立體的空間裏看這個水管，它的前後、左右、上下都收納在我們的眼中，那麼它就是三維的。可如果人們把這根水管放在兩維的平面中，然後又把這個兩維的平面放在三維空間中，那麼會是什麼樣的呢？於是，科學家把水管想像成像一根頭髮絲那樣細。科學家認為，六個“隱藏”的空間維度，以極其微小的幾何形狀，捲曲在我們宇宙的每一個點中。

這種觀察六維形狀的方法之所以被發表在《物理評論快報》上，是因為這種方法能證明通過實驗資料來觀察這些難以捉摸的維度形狀特徵是可行的。同時，六維空間的存在也是證實“超弦理論”的主要方面。從廣袤星系到亞原子微粒，“超弦理論”囊括了所有物體的物理學規律。

幾十年來，關於“超弦理論”，很多科學家都爭論不休，贊同的、反對的，各種聲音都有。不少超弦理論的擁護者表示，目前還沒有一個持反對意見者能駁倒它。一旦驗證“超弦理論”是正確的，那麼人們就能通過解密它們對130億年前宇宙大爆炸釋放的宇宙能有所瞭解，借助時間機器，穿越黑洞後，“看見”神秘的六維幾何體。

“不過，你也不用為看不見十維的世界而感到擔憂。”威斯康星大學麥迪森分校的這位物理學家說：“因為我們的大腦習慣於只是三維的空間，而對於其他六維空間結構卻很難感知。雖然科學家們利用電腦類比出了類似的六維幾何體，但沒有人能夠確切地知道他們的形狀到底是怎麼樣的。”他又繼續說：“我們的想法就是回到那個時候看看到底發生了什麼事情，當然我們不可能真的回去。”

很多科幻愛好者都夢想著搭乘時間機器遨遊時空，有些科學家也嘗試著用最新的原理來證明時間旅行的可行性,也試著用“超弦理論”來討論它。因為缺少必要的時間機器，他們使用了另外一個最好的東西，一幅宇宙大爆炸釋放的宇宙能量圖。這種爆炸釋放的能量在隨後的130億年裏，其實都沒有發生變化，它可以被衛星捕捉到，比如美國的威爾金森微波各向異性探測器。通過繪製出宇宙能量圖，可以幫助人類對宇宙的雛形有一個大概的印象。

所謂“超弦理論”，又叫“弦論”或“萬有理論”。據現代弦論的創始人之一是在加州理工學院工作的物理學家史瓦茲，他“十年如一日”，將只有幾個人知道的理論做成如今有數千人研究的學問。史瓦茲也因此得以擺脫三年延長一次的位置，終於成了加州理工學院的正教授。

1968年，一位在麻省理工學院工作的義大利物理學家威尼采亞諾翻了翻數學手冊，發現一個簡單的函數滿足對偶性，這就是著名的威尼采亞諾公式。而超弦理論正是起源於這個公式。

超弦理論認為，在每一個基本粒子內部，都有一根細細的線在振動，就像琴弦的振動一樣，因此這根細細的線就被科學家形象地稱為“弦”。我們知道，不同的琴弦振動的模式不同，因此振動產生的音調也不同。類似的道理，粒子內部的弦也有不同的振動模式，不過這種弦的振動不是產生音調，而是產生一個個粒子。換言之，每個基本粒子是由一根弦組成。

超弦理論認為，粒子並不存在，存在的只是弦在空間運動；各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。自然界中所發生的一切相互作用，所有的物質和能量，都可以用弦的分裂和結合來解釋。

弦的運動是非常複雜，以至於三維空間已經無法容納它的運動軌跡，必須有高達十維的空間才能滿足它的運動，就像人的運動複雜到無法在二維平面中完成，而必須在三維空間中完成一樣。

根據大爆炸理論，宇宙是由一個緻密致熱的奇點膨脹到現在的狀態的。這是宇宙物理學關於宇宙起源的主流理論，現在宇宙物理學的幾乎所有研究都與宇宙大爆炸理論有關，或者是它的延伸。但是，大爆炸理論無法回答我們的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣子？

美國印第安那大學的理論物理學家研究發現，我們的宇宙可能自大爆炸之前，一直處於兩個宇宙相連接的時空管道，即一個蟲洞的內部。與黑洞的廣為人知不同，白洞主要用來解釋宇宙中的高能現象，其是否存在尚無觀測證據。在廣義相對論預言中，白洞與黑洞性質相反，是一種緻密物體，並不吸收外部物質，而是不斷地向週邊噴射各種星際物質與宇宙能量，像宇宙中的噴泉。

而蟲洞(又名愛因斯坦—羅森橋)雖多見於科幻，卻不是任何邊緣科學或業餘幻想，它的起源令人尊敬，來自於愛因斯坦與羅森的一篇論文。其可描述成連接宇宙遙遠區域間的時空細管，而暗物質負責維持著蟲洞出口的敞開。最簡單地去理解，就是把時空捲曲起來，創造一條事件A和事件B間的近路。

蟲洞亦可能是連接黑洞和白洞的時空隧道，所以也叫“灰道”。在這時，白洞可以看成時間呈現反轉的黑洞，進入黑洞的物質，最後應會從白洞出來，出現在另外一個宇宙。蟲洞於理論上提供了時間旅行的可能性。霍金在《時間簡史》中闡述：一個空間旅行者可利用相對於地球靜止的蟲洞作為從事件A到B的捷徑，然後通過一個運動的蟲洞返回，並在他出發之前回到地球。

這聽起來似乎是個悖論，但這正是當代科幻的一個基準點。只有這樣，一個人才有可能借助時光旅行裝置回到過去，也即在自己出發之前又回到了地球。只不過回去的不是自己出發時的地球，而是欲去時間段的地球，看到自己的奶奶，甚至祖先，卻不會影響和扭轉他作為先人後代的命運。

人們曾一度傾向於描述一個簡單的宇宙，其中能量和密度都以物質的形式出現：4%的普通物質，加上96%的暗物質。但實際觀測從來就沒有與此相符合過，且這種不一致隨著時間流逝而變得越來越尖銳。暗能量的概念，在此時應運而生，試圖將宇宙結構及其特性合理化。這種不可見的、能推動宇宙運動的能量，可以解釋觀測到的物質密度和理論預言的臨界密度之間70%至80%的差異。

但在不久前，利用基於歐幾裏得坐標系統的各向同性座標，印第安那大學的理論物理學家尼科德姆·波普瓦夫斯基描述了黑洞引力場，並為黑洞內大品質粒子徑向(沿著直徑的方向)行動建模。根據其計算，在大爆炸之前我們的宇宙就處於蟲洞中：由另一個宇宙中某巨大星體的坍塌創造的一個蟲洞，成為了通向另一個宇宙的時空管道。在蟲洞的此端與彼端間，可能發展出與大爆炸相聯繫的類似環境，我們的宇宙，最終就於這個蟲洞中誕生。

波普瓦夫斯基描述的場景乍聽起來匪夷所思，但以該理論為基底，卻能解決多項宇宙學中令人困惑的謎題，解釋目前人們觀察到的宇宙膨脹現象。這其中，就包括引力、宇宙膨脹與暗能量的糾結關係：如果有另一個宇宙，其在我們的宇宙之前就已經存在，引力就可追溯到一個點上，該點強弱核力與電磁力已經統一起來。同時，若我們身處的宇宙現在正在向蟲洞末端膨脹的話，這種運動就能夠解釋宇宙的膨脹，而不必引入至今難以捉摸的暗能量。

在該次建模過程中，研究人員著重于兩種不同類型的黑洞，觀察粒子穿越其“事件穹界”(黑洞的邊界)上的徑向運動。他們的觀點是：物體在黑洞內部的運動模式只有通過實驗和實際觀察才能得知，但自始以來人們只能觀察到黑洞的外部，無法窺其內在，除非一個觀察者進入黑洞內部或者原本就居住在黑洞內部。但如果我們的宇宙本身就處在另外一個更大宇宙的黑洞之中，那麼就可以滿足這個條件。

同時，困擾物理界數十年、大爆炸理論衍生出的違反量子物理學定律的壁壘：黑洞資訊丟失之謎，亦能因此得以解釋。在這個謎題中人們發現，一旦物質經過“事件穹界”時，所有有關該物質的資訊都會丟失；然而量子力學下的演化過程中，資訊應該是守恆的。這意味著量子力學與廣義相對論之間的潛在衝突，但在波普瓦夫斯基構建的理論裏，其完全被避免。

目前，波普瓦夫斯基試圖將結論應用到其他類型的黑洞中，相關計算還需要進一步細化。“當排除一切不可能，剩下的無論多麼難以置信，也必是真相。”歇洛克·福爾摩斯的名言相當於給宇宙學加了個注腳。一項全新的理論很可能打開一個全新的領域，蟲洞是時間旅行的直接關係者，儘管仍一無所知，但人們似乎已欲伸指觸碰這扇時空之門，以窺得我們宇宙最深處的秘密。

宇宙大爆炸可能發生了不止一次，宇宙一直經歷著“生死輪回”的過程，而我們所認為的150億年前的宇宙大爆炸並非宇宙誕生的絕對起點，那只是宇宙的一次新生。宙始於何時？將止於何時？這是宇宙留給人類最為神秘，也最難解釋的謎題。

雖然宇宙大爆炸說已經深入人心，人們已經默認了宇宙誕生於近140億年前的一次大爆炸中，宇宙萬物、星系、地球、生命都是在大爆炸之後逐漸形成的。然而，在這個理論出世之後，很多人也提出了另外一個問題：在宇宙大爆炸之前發生了什麼？

美國普林斯頓大學的波爾·施泰恩加德和英國劍橋大學的尼爾·圖爾克這兩名理論物理學家共同提出了一個理論，即宇宙大爆炸發生了不止一次，宇宙一直經歷著“生死輪回”的過程，而我們所認為的150億年前的宇宙大爆炸並非宇宙誕生的絕對起點，那只是宇宙的另一次新生。

讓科學家們注意到宇宙大爆炸不僅只有一次的是被科學家拋棄後又重新拾起的“宇宙常量”。所謂宇宙常量，是對真空中的能量的數學表述，並用希臘字母的第11個字母“拉姆達”表示，這種能量也被認為是神秘的“暗能量”，而這種神秘能量正在讓宇宙不斷加速膨脹。

美國太空網對英美科學家這一研究的報導中稱，當初愛因斯坦首次提出宇宙常量時，是想證明在宇宙間存在一種能量抗衡著星體間的重力作用，使得各星體不會因為相互的吸引而合到一起，最終讓整個宇宙的物質都融合成一體，因此他也想證明宇宙是靜止的，沒有生長也沒有萎縮。但沒過多久，愛因斯坦就拋棄了這個理論，他稱自己犯下了一生“最大的錯誤”。因為經他自己的廣義相對論公式的計算，宇宙正在膨脹，而天文學家愛德溫-哈勃經過觀察也證實了宇宙確實在膨脹。

20世紀90年代末期，“拉姆達”被科學家們重新拾起，這時一些天文學家發現宇宙不僅僅在膨脹，而且速度正在加快，科學家們不知道是什麼樣的神秘力量導致了這一結果，於是“暗能量”這個詞便產生了。並且科學家們認為“暗能量”就是宇宙常量“拉姆達”，在宇宙大爆炸後“拉姆達”沒有和重力“平分天下”，保持宇宙的平衡，而是從重力手中奪權，使星體間越來越遠，宇宙不斷膨脹。

宇宙常量該有多大，這是宇宙大爆炸發生次數的關鍵。美英科學家波爾·施泰恩加德和尼爾·圖爾克就是在對宇宙常量的大小計算中發現了宇宙大爆炸不應該只發生了一次。

科學界一直都試圖解釋的一個問題是為什麼自然界中的那麼多常量的值都是那麼正好，剛好讓生命存在。如果“拉姆達”太大，那麼宇宙就會在大爆炸後立刻迅速膨脹並撐破，就像吹爆的氣球，那麼生命就不可能在百億年後存在了。

波爾教授在接受太空網的採訪中說：“‘拉姆達’的值是物理學中最神秘的事物之一。它讓我們非常的迷惑。”甚至科學界出現了“人擇原理”，即宇宙常量恰當地選擇了人類生存，而人類也恰好選擇了在這樣一個常量條件下出現，而人類又回頭研究著為什麼宇宙常量大小會剛好讓人類生存。

這聽起來確實不可思議，尼爾教授稱：“這簡直太糟了，真的該被拋棄了。這個理論就是想說明人類永遠不會瞭解宇宙的奧秘，這就是我們的生存之道。”

為了找到“人擇原理”之外合理的解釋，兩位科學家利用宇宙大爆炸模型計算宇宙常量，但得到的結果要比實際觀測到的宇宙常量大得多，是實際值的10的100次方倍，也就是根本不適合現在宇宙中的生命生存。宇宙常量的大小說到底還關係到人類的生存。因此波爾教授和尼爾教授認為在宇宙大爆炸後宇宙常量（也就是“暗能量”）都會隨著時間的推移而減弱。但是經過進一步的計算後，他們發現140億年根本不夠將爆炸後的值減弱的現在這個值。

劍橋大學的尼爾教授說：“人們認為時間開始於那次大爆炸，但從沒有一個合理的解釋。而我們的推論看起來就非常的激進：在宇宙大爆炸之前是存在時間的。”兩位科學家的理論顛覆了人們的“常識”，在人們常常猜想時間將止於何時的時候，他們又告訴了人們時間沒有起點。既然“拉姆達”的值在近140億年中減弱到現在這個適合生命存在的值，那麼，兩位科學家就想到了宇宙大爆炸也許發生了不止一次，每一次的大爆炸都讓宇宙常量有所減弱。

在產生了現在我們生活的這個宇宙之前，很可能是在萬億年中宇宙大爆炸發生了很多次。尼爾教授說：“我想，宇宙的年齡可能遠遠大於萬億年。時間沒有開始，根據我們的理論宇宙的年齡是無限大的，而宇宙範圍也是無限大的。”

在2002年，這兩位科學家就提出了宇宙進化經歷著“生死輪回”這個觀點。宇宙就是在一次次大爆炸後重生，在每一次的“輪回”中，宇宙都在膨脹中消耗原有的物質，在宇宙常量減弱的同時也產生了一些新的粒子，直到另一次的大爆炸到來，然後新的粒子又形成了新的物質、天體乃至生命。 

如果這兩位科學家的假設是正確的，那麼下一次的大爆炸將在什麼時候到來？尼爾教授說：“不論計算多麼準確，我們都無法預料下一次大爆炸的時間，但我們可以說的是，下一次的大爆炸不會在之後的100億年內發生。”

對於有關“大爆炸”以及“大爆炸”之前宇宙狀況的一些問題，愛因斯坦的廣義相對論也無法解釋，科學家也僅僅是提出形形色色的假說。日前，研究人員報告稱，在當前宇宙之前還存在另一個宇宙，它們具有諸多相似之處，堪稱一對雙胞胎！

過去幾年，一種稱為“圈量子引力”(Loop Quantum Gravity)的新理論浮出水面。圈量子引力論提出了“量子反彈”的可能性，即在當前宇宙之前還存在一個宇宙，我們的宇宙就誕生於那個宇宙的崩潰。但是，那個宇宙到底是一種怎樣的狀況，科學家以前知之甚少。如今，墨西哥國立自治大學的物理學家亞曆山德羅·克裏奇和加拿大多倫多圓周理論物理研究所的物理學家帕拉姆普利特·辛格琢磨出一個簡化版圈量子引力模型，給出了一個令人頗感興趣的答案：大爆炸前的宇宙可能同我們現在的宇宙存在諸多相似之處。

研究結果將刊登在最新一期美國《物理評論快報》上。辛格在接受PhysOrg網站採訪時表示：“這一概念的意義在於，它回答了大爆炸以前宇宙發生的狀況。具體情況仍舊是個謎，因為模型只能解開大爆炸奇特之謎，無論另一面是量子泡沫，還是經典時空。比如，如果是量子泡沫，我們就不能以時空、時間概念等等來解釋這個問題。我們的研究發現另一面的宇宙同我們的宇宙一樣經典。”

這項研究建立在之前一項研究的基礎之上，同時還具有一些重要的差異。去年，美國賓夕法尼亞州立大學物理學家馬丁·博約瓦爾德採用簡化版圈量子引力模型去演示大反彈“另一面”的宇宙是否可能存在。但是，這個模型雖產生正確的數學證據，但是由於不存在對當前宇宙的觀測資料，導致科學家無法瞭解到大反彈前的宇宙究竟是一個什麼樣的狀態，因為大反彈自始至終沒有留下它的任何證據。博約瓦爾德將這種情況描述為“宇宙健忘症”。

但是，克裏奇和辛格在對一種稱為“量子約束”的重要方程式有了更為深入的瞭解之後，改進了簡化版圈量子引力理論。兩位元物理學家利用稱為sLQG的簡化版模型，研究發現大反彈前宇宙體積和動力相對波動性保存在大反彈過程始終。辛格說：“這意味著兩個雙胞胎宇宙具有相同的物理學定律，特別是相同的時間概念。物理學定律之所以沒有任何變化，是因為它們的演變總是具有整體性，這是量子系統演變的最佳方式。根據我們的推理，從遠處看，兩個宇宙看上去就像雙胞胎，一個人根本無法將它們分辨開來。”

也就是說，在大反彈之後存在了約137億年的當前宇宙，同大反彈前存在了約137億年的宇宙擁有很多共同的特性。從某種意義上講，我們的宇宙其實是自身的鏡像，而“大爆炸”（即大反彈）就是那條對稱線。辛格說：“在大反彈前的宇宙中，所有一般特徵都是一樣的，可能遵循著相同的動力學方程式。根據我們模型的預測，當宇宙的體積是普朗克尺度(Planck size)的100倍左右時，就會發生上述情況。此外，兩個宇宙所含物質是相同的，同時還具有相同的演變過程。由於大反彈前的宇宙不斷縮小，如此一來，我們仿佛看到了當前宇宙在時間上的逆向發展。”

克裏奇和辛格兩位物理學家特別指出，遍及大反彈的相對波動的變化低於10-56，這一數位對一個體積膨脹速度超過一兆差距尺度(megaparsec，約3.3 x 106 光年)的宇宙而言簡直太小了。當前宇宙的膨脹速度介於3000至6000兆差距尺度之間。據兩位研究人員介紹，擁有一對相同的雙胞胎宇宙並不見得兩個宇宙的每一個特徵都是相同的。打個比方，即使一個人同你有很多相同之處，但是他或她不見得就是你的雙胞胎兄弟或姐妹。

辛格說：“如果一個人能用功能強大的顯微鏡（探測普朗克尺度的高能實驗）察看某些微觀特性，就能看到一些方面存在差異之處，這就好比雙胞胎有不同的指紋，或者一個人有胎記，另一個人沒有一樣。”據辛格解釋，有關大反彈前宇宙狀況的細節，他們仍有諸多疑問。

他說：“最大的疑問是，這些特徵是否能在我們所認為的更複雜狀況下倖存下來。例如，有人想要知道存在於以前宇宙中的一些結構，比如星系，是否會在這個不斷膨脹的新宇宙中留下一些烙印，誕生一些相同或‘相似’的結構。例如，是否可能發生以下情況：在以前的宇宙中，星系以不同的方式形成，所以，有人猜測大反彈的另一面的星系分佈是否會有所不同。我們何時理解了這些模型，那麼我們就能解答這個問題了。

最終，克裏奇和辛格的模型也許還能向我們大家準確地展現未來宇宙的模樣。根據當前宇宙加速度的快慢——這也最終決定它的命運，模型的歸納與總結就有可能預測我們自己宇宙的重新崩潰。辛格說：“此類宇宙將遭遇很多大反彈，而大反彈屬於不同分支。另外，處於不同分支的宇宙也可能是相同的。”