第16部分(第1/4 頁)
欽庋�乃淙徊荒茉謔笛槭曳輪疲��純梢雜晌頤嵌院宋鎦實鬧�獨賜饌頻募�誦問健5�牽�詞顧�械摹熬�洹蔽鎦識加姓�芰浚�孔遊鎦嗜次幢厝鞝恕W罱�募撲鬩丫�允荊��玖W遊錮淼哪承┫窒笪シ戳蘇�芴跫�ɡ�綈湊樟孔恿ρ��贍芊⑸�惱嬋罩辛W擁淖苑⑸�桑���14章)。
這正是問題的關鍵。雖然廣義相對論是迄今最好的引力理論,它顯然仍是不完善的,因為它沒有考慮支配微觀世界演化的量子力學原理,而奇點現象恰恰涉及很小尺度的時空結構。一個經典理論運用於量子領域而出現惱人的奇異性,也就不足為怪了。
但是量子力學與廣義相對論之間的關係似乎又很疏遠。前者支配著基本粒子的領域,粒子在核力作用下在很小的範圍內運動,其主要特點是對現象作出“模糊”的描述,即只能計算事件發生的機率。電磁力則支配著包括人類自身在內的過渡區域。在有些現象裡(鐳射、電晶體等等)量子力學起著決定性的作用,而在別的現象裡(無線電波的傳播等等)其作用可以忽略。最後,在天文尺度上,量子效應完全不見,而由廣義相對論描述的“經典”引力接管了一切。
但是,用謝爾頓·格拉肖(Sheldon Glashow,1979年諾貝爾物理學獎獲得者)的話來說,很有可能“蛇在吃自己的尾”。有的物理學家相信,在小於10ry3厘米的尺度,引力是起支配作用的力。這個極小的長度是一個世紀前由馬克斯·普朗克在另一個意義上引入的,它由把自然界的基本常數(引力常數、光速和普朗克常數)作出機智的組合而得到,而與基本粒子的性質無關。它表示這樣一個最小尺度,在它之上的時空見何可以被看作是平滑的,在它之下時空組織本身不再是連續的,而是像能量和物質一樣,也由小顆粒組成。按照約翰·惠勒的說法,“廣義相對論與量子力學之間的熱烈婚禮”將在這裡完成,而產兒顯然將被取名為量子引力。
注意這裡用的是將來時,因為量子引力與其說是一個理論,不如說還只是一個想法。愛因斯坦在他一生的後40年中試圖統一廣義相對論和量子力學,卻勞而無功。今天,數以百計的理論家仍在致力於這項艱難的工作,除了令人沮喪的數學困難之外,更糟的是沒有任何具體實驗資料。無論是在距離上還是在能量上,這個研究領域都與實驗室相去太遠。現在可能做到的是,使用大型的粒子加速器來探測與質子這樣的基本粒子半徑相當的距離,即10’3厘米量級(用粒子加速器能得到的最高能量使我們能探測到10-‘6厘米尺度的物質性質),但是這與量子時空之間仍然如隔天塹:質子半徑與普朗克長度之比,大約等於銀河系半徑與人的身高之比。
對當代物理學來說幸運的是,不管條件如何不利,新思想卻層出不窮。約翰·惠勒提出,由於量子漲落的攪動,微觀時空幾何是湍動的和不斷改變的。這可以用海面來作比擬(圖利)。從飛機上看去,海面顯得很平整;降低高度再看,海面仍是連續的,但是有起伏;再靠近去,它就變得洶湧翻騰,甚至成了不連續的,因為當波浪碎開時,可以看到拋散在空中的水滴。同樣的道理,雖然時空結構在我們所處的高度看去是連續的,但在普朗克長度的尺度上它的“泡沫”就會顯而易見,並且能夠產生出“水滴”,也就是那些基本粒子。
闡發這個思想的最新嘗試是求助於所謂“超空間”,其中的維數多於四(“超空間”的維度甚至可以不是整數,而是“分數型”的)。在日常生活中只有三個空間維度和一個時間維度是可覺察的,但是真實的宇宙可能還有以普朗克長度為特徵長度的附加維度來完善自己。可以用一根長的軟管子來作個簡單比方。它有兩個維度,一個是沿其長度方向,只是稍有彎曲;另一個是在其橫截的圓周方向,尺度小得多,而彎曲程度卻大得多。從遠處看去,這根管子就會顯得像一條線,只有一個維度,並且沒有彎曲。
這些設想是很有趣的,但是還沒有任何恰當的方案形成。由於沒有任何實驗檢驗,物理學家只能依據理論需求行事,需求之一正是消除引力奇點。奇點將被代之以時空幾何的鼻子漲落,這種漲落將不導致無限大的物理量,但將具有阻塞轉動黑洞的蟲洞的效能。這就是維護因果律的代價。
可以肯定的是,黑洞對量子引力的發展起著關鍵作用。最近已有研究者提出一個模型,說是微觀蟲洞(其尺度是原子核的10“‘倍)能透過對量子時空力學的貢獻來幫助確定自然界所有基本常數的值。兩個世紀前在一片冷漠中誕生,現在才長成的黑洞,其生涯剛剛開