天文新知／M理論與平行宇宙　擁有奇異時空和定律？

2013/11/24   (8670)   原稿來源: http://www.nownews.com/n/2013/

作為平行宇宙的第四類，建立在M理論基礎之上的宇宙完全與我們處於的宇宙不同，其物理性質和量子態都不一樣，甚至我們無法用直觀的圖像來表述這樣的宇宙。M理論是弦理論的延伸，而超弦理論則發展自弦理論。弦理論與傳統的基本粒子論不同之處在於不把一個基本粒子看成一個點粒子，而認為其是一根一維的弦，顯然這種思維完全『顛覆』了以往所有的宇宙學理論，弦理論中著名的威尼採亞諾公式可以理解為弦與弦的散射振幅，在此基礎上建立平行宇宙擁有難以想像的開放程度。

據科學資訊網報導，量子力學中波和粒子被認為是同一現象的兩個不同表現，弦理論認為每一種振動模式都對應著一種粒子，特定弦的振動頻率決定了粒子的能量和質量，一根弦的不同振動模式可以形成我們現在所熟知的基本粒子。比如，根據弦理論，粒子被看作是長度為普朗克尺度一維弦，在引入費米子的座標後，科學家提出了超弦理論。超弦理論暗示的平行宇宙時空必須擁有十個維度，時空中也存在超對稱現象，但沒有真空穩定態的問題，超弦理論的形成意味著此類平行宇宙並非由粒子和場構成的時空，宇宙不僅是四維時空，而是多維的。

10維超弦理論避免了量子力學與廣義相對論合並時遇到的重整化問題，還在一定程度上連接了強力、弱力、電磁力以及引力四種基本力。我們所處的時空是4維的，三維時空加上一維的時間，需要指出的是，我們熟知的牛頓力學、廣義相對論、電動力學還有量子場論等都可以存在於高維時空，不但可以在四維時空中進行完好地表達，也滿足四維以上的時空，沒有跡象表示這些理論不適合高維時空。

上個世紀90年代中期，南加州大學超弦會議上，物理學家威頓等公布了有關超弦的研究成果，涉及對偶性與不同超對稱理論，科學家發現可以用不同的維數膜來研究對偶性，超弦理論下的10維時空透過強耦合極限可以形成11維的時空，由此誕生了M理論，10維時空中一根弦圍繞在第11維度的膜上，由此M理論擁有了一個強大的膜空間，統一了五種超弦理論和11維超引力理論。M理論的發展成熟意味著我們的宇宙建立高維時空中，完全顛覆了我們對宇宙是四維時空的概念，同時由M理論構造出的平行宇宙存在於一個膜的世界中。

科學家發現時空是10維的，減去我們看見的3維時空還有7個維度，這些額外的空間必須進行緊致化處理，將其捲曲成普朗克尺度，因此我們看不到這樣的維度，加上1維的時間，正是我們現在看到的時空。M理論向我們展示了一個神奇的膜宇宙，不僅時空的多維的，膜結構也可以是多維的，我們的宇宙很可能是由多層膜構成的高維超空間，透過無數次的卷曲形成3-膜空間，看似非常遙遠的系外行星，在多層空間中可能僅距離我們數毫米。M理論為平行宇宙理論的發展提供了潛在機會，該理論的提出不僅使得我們所處的宇宙呈現鬼魅般神秘，由此構造出的平行宇宙可能也擁有類似的時空。