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有关美国哈佛大学丽莎•兰道尔及“翘曲额外维模型”背景资料

已有 9524 次阅读 2011-2-17 00:48 |个人分类:科学八卦|系统分类:科研笔记| 宇宙, 哈佛大学, 维数, 丽莎, 兰道尔

 
美国哈佛大学的丽莎·兰道尔等在1999年发表了“翘曲额外维模型”的假说。
她是如何开始研究“维”的,她取得了怎样的结果, 这个理论应该如何检验?
 
 
1 在中学时代就迷上了“维”
在什么时候对“维”发生兴趣?
在读高中时的一年夏天,参加了新罕布什尔大学主办的一个数学夏令营,夏令营放映了一部
根据英国数学家埃德温·艾伯特在1884年出版的小说《平面国:多维的罗曼史》改编的电影。
《平面国》,关于住在平面国里的二维居民如何了解三维世界的故事
这部电影构思巧妙,充满了智慧。看了这部电影才知道,除了我们知道的这个三维空间和
一维时间,还可以想象有其他的维度,也就是那些“额外的维”(extra dimensions)。
“额外的维”,简单说来,就是看不见的那些维度,指的是出现在四维时空之外的那些维度。
还是高中生的她就迷上了“额外维”
连做梦都在思考“额外维”的问题。在夏令营,同学们会议论“如果是六维世界将会发生怎样的事情”一类问题。在数学世界,可以想象二维世界,甚至还可以描绘十九维的世界,这正是数学的美妙之处。
上哈佛大学期间
当时想的是要理解我们所居住的这个宇宙。进入研究生院以后,开始研究基本粒子物理学,曾认为“额外维”可以想想,但毕竟是科幻的东西,不是科学。那时的想法仍然是搞数学的就搞数学,搞物理的就搞物理。
 
2. 遇上“超弦理论”这一重大事件
做为基本粒子物理学家,研究的是什么课题
在解决的是同一种叫做“超对称性理论”的基本粒子理论有关的一个问题。也就是,探索用什么办法来阻止那些“不希望出现的相互作用”。
当时的基本粒子物理学家中没有几个人在研究“额外维”问题
当时的基本粒子物理学家在做的事情,是探索在三维空间加上时间的这个世界中存在着那些基本要素。自己的博士研究课题也完全不涉及探讨维数的内容。当时,“额外维”是一个摆在那里没有人过问的问题。
1984年出现了一个由超对称性引出的弦理论,即“超弦理论”
当时还在研究生院,亲眼目睹了这个被称为“超弦革命”的重大事件。不过,当时觉得弦理论虽然有趣,大概同现实世界不会有什么联系,好像是在关起门来玩游戏。何况,当时也没有真的以为弦理论可以搞出什么名堂。以为那没有什么意义。然而,现在大家的看法都改变了,注意到超弦理论也许同现实世界真的有某种联系。
 
3. 若存在“额外维”的话,就有可能将粒子“隔离”
什么时候开始认真研究“额外维”的问题
1988年出席一个关于超对称的学术会议以后。在会上听到了关于几个“额外维”的讨论,非常有意思。有关理论中包含有“膜”的概念。这是在对我们这个世界进行思考时可以使用的一个非常新颖的概念。
于是在自己的超对称性研究中利用了“额外维”和“膜”的概念。从那以后,基本上就集中在这个课题上。自己是从上世纪90年代开始关注“额外维”,一直到最近。
是什么原因决定将“额外维”当作研究重点
想到在低维不可能发生的事情在高维则有可能发生,例如,不希望它们相遇的两种基本粒子,可以利用被“额外维”隔离开的两张膜把它们分别封闭起来,实现对它们的威力“隔离”,这样就不会引出那些同超对称性有关的问题。
如果存在”额外维“的话,就有可能阻止不希望发生的相互作用,从而解决由超对称性引出的那些问题
是这样,另外还注意到,是否存在着这种”额外维“,是可以实际进行检验的。也就是说,我们的理论是否正确,有可能在现实中进行验证。
 
4. 第五维是“翘曲的通道”
1999年与拉曼桑卓姆共同发表了“翘曲额外维模型”
这个模型表明,可以用两张膜把粒子隔离开来,从而解决由超对称性带来的那些问题。
这个模型必须要有一个“额外维”,即第五维。
这种“第五维”同以前物理学家曾经提出过的其他“额外维”有什么不同
在这个模型中,膜自身携带有能量,这是同其他理论的最大区别。
这个第五维是“翘曲的(弯曲的)”。基本粒子物理学中有一个“级次问题”。
简单说来,也就是“引力同其他三种力相比为什么特别弱”的问题,
也就是为什么要考虑这个“额外维”的原因之一。
翘曲的维度难道可以解决这个问题?
如果额外维是翘曲的,大概就能够推导出那个结果。
这是因为,一般说来,必须要有非常大的距离引力才会如此“稀薄”,
但是,如果“额外维”是翘曲的,那么在非常短的距离引力也会是稀薄的。
这就是说,在被翘曲的第五维隔离开来的两张膜中,另一张膜的附近引力虽然很强,
然而在我们这张膜的附近引力却可以非常稀薄。
 
5. 这个宇宙究竟有多少维?
在这个假说中,只需要一个“额外维”,是否意味着我们这个宇宙是一个五维时空(四维空间+时间)?
1999年发表的假说,只考虑了五维时空,即是一个只添加了一个“额外维”的模型。
但是,添加一个以上的“额外维”也是可以的。从原理上说,考虑更多的维数也未尝不可。
不过,只考虑一个“额外维”有一个最大的好处,那就是,在补充了这个第五维是翘曲的假定之后,用实验进行验证的可能性会比较大。如果考虑的是五维以上的时空,用实验进行验证就不会这样简单了。
这个宇宙究竟有多少维难道就无法确定?
不是专门学物理学的人似乎更关心宇宙的维数。但是物理学家们最感兴趣的是“额外维是否真的存在”,也就是说,是否真的存在着假定有“额外维”就应该有的那些粒子。
首先想知道的,还是“额外维”到底存在不存在。
 
 
6. 期待在LHC上得到证实
 
7. 第五维将改变宇宙的图像
如果证实了有第五维的存在,我们该如何来重新描绘宇宙的图像?
首先的承认还存在着一个“平行宇宙”。这件事意义非同小可。
在那里有一个不是我们这个世界的另一个世界。
有一些人把这个结论解释为在另一个宇宙居住着“另一些我们”。那里确实是另外的世界。
在理论上,这另外的世界还可以不止一个,而且,那多半是与我们的世界完全不同的世界。
我们能够通过第五维与平行世界试析通讯吗?
要想知道第五维对我们的世界有什么影响,那时非常困难的。
问题在于,如果仅能通过引力与第五维相互作用的话,那就意味着仅仅只有这么一点微弱的影响。
从原理上说可以通过引力同别的宇宙进行通讯,但是这种相互作用太微弱了,无法加以捕捉
有没有放大信号的办法?
如果有这种放大信号的手段的话,那就是说人类已经可以控制引力了。
遗憾的是,现在还不可能。
第五维对宇宙论研究有什么影响?
在引入第五维以前,早就已经有了关于宇宙论的研究。
有研究者从“额外维”的观点提出了一些新的宇宙论问题。
在额外维宇宙论中出现了不少非常有趣的新奇思想
比如说,关于高维黑洞内会有什么现象的研究就十分引人注目。
 
8. 不一定要“眼见为实”
我们太习惯于用一个三维空间来思考事物了,我们怎样做才能够在头脑中想象更高维的世界呢?
要想象在高维世界里发生的事情,有一个好方法就是在脑子里构建图像,想象高维在低维的投影。
如果有计算机,可以让四维超立方体在额外维方向旋转,作出它在三维的投影图或截面图。
有些数学家受过很好的训练,能够想象高维世界的图像。
物理学家必须要想象的,是在具有“额外维”的宇宙中,哪些物理要素是不可或缺的。
对高维宇宙的物理学感到兴趣的读者未必都能接受这种观点
“眼见为实”,这种想法有时是对的。但是,有时候也必须要摆脱“眼见为实”这种成见。
可以说,就整个物理学而言,这是必须放弃的成见。
我们谁也没有直接看见过原子或者夸克,然而,种种检测技术都已经证实了它们确实存在。
这难道还不能说明不能囿于眼见为实的成见,还不能说明抽象思维的重要性吗?
 
9. 什么是超对称性理论?
有一种理论假定,标准模型中的各种基本粒子(例如,上夸克,下夸克,中微子,电子,胶子,光子,W波色子,Z波色子,引力子;注:W波色子和Z波色子统称弱波色子都有各自对应的超对称性伙伴,即所谓的“超对称性粒子”(例如,超夸克/标量上夸克,下超夸克/标量下夸克,超中微子/标量中微子,超电子/标量电子,胶微子,光微子,W微子,Z微子,引力微子)。
这就是“超对称性理论”。尽管迄今也没有发现过一种超对称性粒子,但是,在统一四种力的研究中却少不了超对称性理论。
 
土鳖关于超对称性理论点评
 
当空间的维数超过某一定数值后,超对称性将会变为“球”对称
 
 
       
           有人说,此图是静止的,能看见圆在转圈的请给个回复,谢谢!
               
       这照片是真的,咋看着有点不对劲,
       您发现这照片有什么地方不对了吗?
 
扩展阅读:
 
 
     新的膜世界假说 <==   ==>


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