地球科學：為什麼是3D空間？【转】

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[Nov 13, 2005]
編輯：隆欽

華盛頓大學的Andreas Karch和哈佛大學的Lisa Randall發表在Physical Review Letters上的最新研究，試著解釋為什麼我們處於三維(3D)的空間而不是其他的維數。


弦論(string theory)是仍在發展中的理論，它可能是解釋宇宙中一切事物根源的最根本理論，但目前無法以實驗進行驗證。弦論將粒子視為微小的弦，其不同的振動態就成為我們所觀測到的不同粒子。


弦論所揭示的宇宙實際上應該會有十個維度。但為什麼我們只有察覺到三個維度的「空間」，再加上一個維度的「時間」呢？還有另外六個維度呢？研究弦論的 科學家認為：顯而易見的維數不必然就得和實際存在的維數相同。或許，這是因為那六個維度以某種方式隱藏起來了，讓我們在日常生活中難以察覺。也難怪美國物 理學家，1979年諾貝爾物理學獎得主格拉肖(Sheldon Lee Glashow)曾經這麼說過：「我特別受到研究弦論朋友們的困擾，因為他們從不說一些和真實世界有關的事。」


在眾多描述宇宙演化的理論當中，Karch和Randall提出一個「鬆弛原理」（relaxation principle）：想太多不如放輕鬆！與其仰賴複雜的理論來描述宇宙，不如想像宇宙一路走來，其實始終如一。擬設宇宙處於尚未膨脹的初始狀態時，宇宙 是充滿了所有可能的維度。宇宙在膨脹的過程中，會自然的、動態的充填可能的維度，其中膨脹充填所形成的最大結構就是最可能的，也就決定了我們現在所察覺到 的維數。


Karch和Randall計算發現，在宇宙膨脹的過程中，只有三維和七維的宇宙會穩定地演化。因此宇宙空間會自然地處於較穩定的三維和七維。而實際上，三維的空間將會是最大的，也就是為什麼我們察覺到的是空間再加上時間的四維世界了。


Karch和Randall建議我們放輕鬆來看待宇宙的演化，但宇宙演化的過程依然神秘動人。讓我們期待預訂於2007年啟用的大型強子對撞機（Large Hadron Collider, LHC，位於日內瓦附近），或許會對這些神秘的問號提供解答。