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这一新思想综合了弦理论和额外维理论。其现代的21世纪的形式，即我们已经描述过的微小环状的弦的概念，总共缠绕在26个维度上。我们惯常所认为是粒子的各种事物（如电子、胶子等）对应于有着不同的振动的弦，其所附带的能量不同，就像吉他的琴弦，振动频率不同对应不同的音符一样。费米子解释起来相对简单，其振动是在10个维度上，沿着弦的循环以同样方向振动。其中六个层面是紧化的，以留出我们熟悉的四个维度的时空。然而玻色子的世界较为丰富，需要在26个维度振动，沿着弦的圆环的另一个方向振动。其中的16个维度是为了描述丰富多彩的玻色子所必需的，而这些维度都被紧化在一起，成为10维的弦“内部”的东西。没有人知道这究竟是什么意思，理论家也在争论这些维度是否是“真的”。但是，从我们的角度看，最要紧的是，玻色子的行为让我们看起来它似乎是带有这些额外的维度。其他10个维度与费米子的振动所发生的维度相同。其中的6个维度紧化，因此弦产生的振动使其表现为在四维时空中的粒子运动。由于该模型需要有两套不同的振动发生在一种弦上，它有时被称为混杂型弦理论。
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对于此，还有一个额外的奇怪之处，这突显了我们对于“额外”的16个维度的理解尚不完美。所有的粒子实际上可以用16个维度紧化为8个维度来描述，因此这就留出了余地，可以存在一套重复的粒子。没有人完全知道这意味着什么，或者，一些理论家猜测，可能有一个完整的“影子宇宙”是由这些粒子副本构成，它与我们一起分享四维时空，但却不与我们发生相互作用，除非是通过引力。一个影子人可以径直从你身边走过去而不会引起你的注意。但是，我们还是将进一步的猜测留给科幻作家吧。弦理论近年来真正的进展来自重新解释该模型的其他部分，即10维的组成部分。
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到目前为止，我们专门谈论了弦理论，好像它是惟一的一个适合我们需求的模型。弦理论的支持者们确实抱着这样乐观的态度，但是在从20世纪80年代中期到90年代中期的十年里，它掩盖了一个尴尬的事实。其实曾经有（现在仍有）5个不同的弦理论模型，它们是弦的主题的变奏，每一种都提供了一个对万物原理稍有不同的解释，但所有这些都涉及6个由振动的弦构成的紧化的维度在四维时空中的运动（加上额外的16种玻色子维度，没有人真正理解这些维度）。你可能猜想，对于物理学家来说，这倒并不是那么令人不安，因为他们能够证明从数学上讲，这些是惟一可能的模型——他们也能够想出其他类型的弦模型的数学版本，但他们可以证明，所有那些模型都受到无法重整的无穷大的困扰，因而没有实际意义。
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而且滑稽的是——另外有一种被称作超引力的弦理论，似乎能够解释五种弦模型中的任何一种，但是它却需要有11个维度而非10个。可是，超引力并不是哗众取宠的噱头，后来证明，它只能在11维度起作用这一特性为当时的研究提供了重要线索。
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经过20世纪90年代初期许多理论家的巨大努力之后，在1995年美国物理学家爱德华·威滕把所有的弦理论模型整合到一起，增加了一个额外的维度。他表明，弦理论的所有6名候选理论，只不过是一个主模型的不同方面，他把这个主模型称作M理论。在低能量的状态下，电磁和弱相互作用看起来像是不同的东西，但实际上却是单一的电弱相互作用的各自独立的表现形式。与此类似，弦理论的6种候选模型也是单一的M理论的低能量的表现形式，只有当我们能够制造出相当于强相互作用的能量时，才会表现出来。威滕为此不得不付出的代价是为弦理论引入一个额外的维空间。这样，像超引力一样，它们也是在11维时空运行。当你已经有了6个维度，另外一个微小的紧化的维度看起来似乎不像是向前迈进了一大步。但是M理论的这一“新”维度却不一定是微小的维度。它可以非常大，但无法探测，因为它与我们熟悉的三个维度的空间成直角。我们这种生活在三个维度中的动物，是无法理解四维世界的（更不用说十维了！）；16这就像生活在两维世界（就像无限薄的一张纸）的生物不知道存在三维世界一样。
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这就改变了我们思考世界机制的方式，我们不再把粒子看作是可以检测到的弦的振动，而是必须将其看作震动的薄片或是膜。出于这个原因，虽然爱德华·威滕从来没有明确说过M理论中的M代表什么意思，许多人却认为它代表的词是“膜”。从更技术的角度上讲，一张两维的薄片被称为双膜，而且一直到多达10维都有对应的结构（尽管很难想象），一般称之为P膜，其中P可以是任何小于10的整数，一个弦则是“一膜”。
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这样一来，我们的整个宇宙可能就是一个嵌入在更高维度里的三膜。这就带来了一个可能性，即可能存在其他的三维宇宙与我们的宇宙平行存在，也是嵌入在更高的维度，但我们完全无法进入。大家可以把这些宇宙看作是一本书的页面，这些页面像是一系列两维宇宙，这些宇宙相互之间紧挨着，但是对于生活在其中一个宇宙中的任何二维生物来说，其中的一个页面就是整个的世界。
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这种想法完全出于假想，虽然是基于理性思考的合理的假想，但却没有任何能立即检测它们的手段。我们在地球上无法通过任何实验或加速器来检测之。但我们确实有机会获得某种信息，由于M理论的过程产生了非常极端的影响，弦和膜可能留下了某种印记。我们对于自己的宇宙最好的理解表明，它产生于约140亿年前的一个非常高的压力和温度状态，即宇宙大爆炸。现在的天文观测已经达到了极高的精确度，人们可以从粒子理论检测一些关于宇宙大爆炸本身发生了什么的预测。宇宙学和粒子物理学已经结合在一起，变成了天文粒子物理学。因此，探索最小尺度物质的行为的问题，其合乎逻辑的下一步是向外观测太空，看看这非常大的尺度上物质的行为，即宇宙本身的规模，并弄清楚这一切来自哪里。在明确了我们对于物理定律已知为何，以及我们认为自己所知为何之后，现在我们可以应用这种知识来探讨宇宙的传记——这是关于我们如何发展到如今的状态的故事。
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宇宙传记 第三章 宇宙从何而来？
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我们所依存的宇宙形成于一个称作大爆炸的炽热而密致的火球，这一观点已被广为接受。20世纪20年代和20世纪30年代，天文学家开始发现，我们的银河系仅仅是散布在众多相似星系中一个由群星构成的岛屿，而且这些成群的星系随着宇宙的扩张正彼此渐行渐远。其实，爱因斯坦1916年完成的广义相对论就已预言了这一膨胀宇宙的思想，但是这一观点一直不为人所重视，直到观测发现证明宇宙的确在膨胀，才受到重视。人们甫一开始认真考虑这一想法，数学家们发现，爱因斯坦的方程式精确描述了我们所观测到的膨胀，暗示出如果那些星系随时间的推移逐渐远离，那么它们过去必然更为接近，而且很久以前宇宙中所有物质必然堆集于一个致密的火球中。理论与观测结果相结合使得大爆炸思想变得确凿无疑。20世纪60年代，科学家发现有一种微弱的嘶嘶作响的放射噪声来自空间各个方向，它是宇宙背景辐射，人们认为这是大爆炸本身辐射的残余。这是支持大爆炸理论的最有力证据。正如宇宙的膨胀，背景辐射的存在先于实验观测而被理论预测到了。20世纪末期，理论与观测结果已经确定，从大爆炸至今已历经大约140亿年，而且这个膨胀的宇宙中散布着数以亿计像我们的银河系一样的星系。宇宙学家如今面对的问题是，大爆炸本身是如何发生的——或者，我们也可以这样问：宇宙从何而来？
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宇宙学家们面对这一问题的起点是他们自己的标准模型，它综合了他们从观测中得知的关于膨胀宇宙的一切情况，以及爱因斯坦广义相对论对空间与时间的理论理解。这一模型的建立来自多方的帮助。首先是因为我们对宇宙深处看得越远，就等于看到了越久远的过去。因为光以恒定的速度传播，因此可以推算出，当我们观测距离数百万光年的星系时，就等于是在看它们几百万前的情景，因为它们的光是在穿越了几百万年的时空之后才到达我们的望远镜。天文学家们用强大的望远镜能够看到宇宙早年的样子——并且宇宙背景辐射使我们得以窥探（使用射电望远镜）大爆炸火球的最后阶段。
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假如，我们设想将宇宙膨胀过程倒转回去，那么似乎便存在某个时间点，那时宇宙万物都堆积在一个密度无穷大的称为“奇点”（singularity）的点上。这一宇宙诞生的初步想法是建立在广义相对论之上的，后者认为宇宙确实是“诞生”于一个奇点。然而，正如我们所说，物理学家们对奇点和无穷大的想法并不满意，而且认为任何预测奇点存在于物质宇宙的理论都存在缺陷。广义相对论亦是如此。该理论能够告诉我们，宇宙是怎样像我们知道的那样，从一种接近无穷大的密度状态产生出来的。但是它无法告诉我们宇宙创立之初，即大爆炸之时究竟发生了什么。17宇宙标准模型能够告诉我们，这一刻发生于大约140亿年前，并且该模型描述的是大爆炸那一刻之后的所有情况。我们可将这一刻看做广义相对论划分的时间零点，并从该点向后推进，描述宇宙的演进。
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我们所观测到的宇宙辐射起源，最远可回溯至相当于大爆炸发生后十数万年的时间，那时整个宇宙充满炽热气体（学术上称为等离子体），其温度大约与今天太阳表面相当，有几千摄氏度。那时，整个宇宙只有今天所观测到的宇宙规模的千分之一大小，而且在这炽热物质大漩涡中并不存在像恒星或者星系如此规模的个体。但是，今天在天空不同位置观测到的宇宙背景辐射温度也存在细微差异，并且这些不规则性告诉我们，数量与种类的不规则性也确实存在于火球末期阶段的宇宙中。随着时间推移，背景辐射中观测到不规则性的数量与形式恰恰能说明原始星系与星系团是我们今天所见宇宙结构成长的萌芽。有关这方面的更多内容将在后面的章节里再叙。将时间向前推移，直至广义相对论不再适用那一刻，背景辐射中观测到的不规则形式告知我们宇宙的更早期形式也存在有相对应的不规则性。
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这些背景辐射中的不规则性的最突出特点，是它们之间的差异微乎其微。它们小到无法度量，而且辐射似乎完全是均匀地来自于空间各个方向。如果辐射是完全均匀的，那么整个标准模型将会土崩瓦解，因为既然大爆炸火球不存在不规则性，那么便不会有星系成长的萌芽，从而我们也不会存在于此。这一令人困惑不已的事实使天文学家们意识到，如果他们能开发出足够灵敏的仪器，必然能测量出背景辐射中存在的不规则性。但是，直到发现背景辐射差不多30年之后的20世纪90年代早期，美国国家航空航天局（NASA，即NationalAeronauticsand SPaceAdministration的缩写）的宇宙背景探测器（CosmicBackground ExPlorer，缩写为COBE）卫星才拥有了足够灵敏的测量手段，观测证实背景辐射中的确存在波动。这一发现所引出的两个重要问题是：为何背景辐射会如此极端地接近均匀状态？以及，是什么造成了这些波动？
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第一个问题比大家可能意识到的含义还要深刻得多，因为，即便大爆炸后140亿年的今天，宇宙仍是极其接近均匀的。如果你拿像银河系一样的明亮星系与星系间的黑暗空间相对照，这一点或许不太明显，但是放到更大的范围里，这一点便立即显而易见了。宇宙并非百分之百均匀的，但是从星系的分布来看，宇宙也如完美烤制的葡萄干面包条般均匀——没有两片面包上的葡萄干的分布是完全相同的，但是每片面包看上去却跟其他面包片一模一样。同样，假如你拿出一张小块天空的星系照片，它看上去很像另一张同等大小但位于天空不同部分的星系照片。宇宙背景辐射甚至更为均匀，从天空各个部分看上去都完全相同，差异不足百分之一。这一观测结果的深刻寓意缘于这一事实，即大爆炸之后没有足够时间使宇宙不同部分彼此作用而趋于均匀。
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举个极端的例子，天空中某个方向的宇宙背景辐射是经过了140亿年才到达我们的，并且天空中另一方向的背景辐射也经过了140亿年才到达我们，但是两种辐射均具有相同的温度。由于此种辐射（电磁能）仅能以光速运动，而没有什么能比光运动得更快，因而天空的另一面是无法“知道”自己应当处于什么温度才能保证（整体）温度一致的。（宇宙间）似乎存在某种伟大的协同，从而使宇宙火球各处（温度）都很均匀，即便火球不同部分之间无法彼此相互作用。
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这种同质性与宇宙的另外一个令人困惑的特性有关，我们称之为“扁平性”。广义相对论告诉我们，空间（严格地说是时空）可以因临近物质的存在而被弯曲和扭曲。从局部来说，这种因临近如太阳或者地球等天体而使时空产生的扭曲，造成了我们称之为引力的效应。从整个宇宙来说，恒星与星系之间宇宙空间所有物质的综合影响能够在空间中产生出两种渐进的弯曲。
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如果宇宙密度大于一定数值（称为临界密度），那么三维空间会发生向内弯曲，像二维球面那样，从而产生一个闭合的表面。其密度超过临界密度多少无关紧要，只要超过即可。这一空间有限但没有边界，正如地球表面。地球表面具有有限的面积，但你可以沿着其任意方向行进而不会达到其边界——你只是围绕着地球表面行进而已。如果宇宙也是如此，那其必然具有有限的体积，然而如果你沿任何方向运动，虽然终将会回到起点，但是你永远不会到达其边界。
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另一种可能性是，其密度小于临界密度。同样，宇宙的密度比临界密度小多少无关紧要，只要低于临界值即可。这样，宇宙便是“开放的”，其空间向外弯曲，像马鞍或者是山口的形状，并且保持不变。这样一个宇宙将是无穷大的，你可以沿着一条直线一直行进而不会两次经过相同地点。
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恰恰在这两种可能性之间存在一个惟一的特例，即所谓扁平宇宙。这发生于刚好达到临界密度之时，三维空间相当于一张（无限薄的）平坦的纸。
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这三种可能性对应着宇宙的三种不同的命运。在闭合宇宙中，宇宙一切物质的引力影响将使其逐渐停止膨胀，并使其塌陷而回复到大爆炸火球状态[有时称为“大收缩”（theBigCrunch）]。如果宇宙是开放的，便会永远膨胀下去，永无止息。但如果宇宙恰好处在临界密度，它的膨胀速度会越来越慢，18直至遥远未来，宇宙徘徊于一种停止状态，既不膨胀也不塌陷，处于微妙的引力平衡。
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到了20世纪最后的25年，我们从观测膨胀宇宙可以清楚地得知，如果设定临界密度为1，那么现实宇宙的密度处于0.1至1.5之间，与广义相对论推算的惟一特定的密度非常接近。这已经够让人困惑的了，因为那时尚没有理由认为宇宙必须以某种密度从大爆炸中产生。但是，宇宙学家们意识到，随着时间推移，宇宙膨胀总是促使宇宙偏离临界密度。闭合宇宙在膨胀中变得“更加闭合”，而开放宇宙在膨胀中变得“更加开放”。今天观测到的密度非常接近1这一事实意味着，大爆炸后仅仅1秒钟，其密度变化一定在1015（一千万亿分之一）以内。即0.99999999999999和1.00000000000001之间。对此惟一的解释是，似乎有某种东西决定了宇宙恰好产生于临界密度，而且在今天的这些单元中密度又恰好是1。然而，是什么在宇宙诞生之时促使其趋于如此的均匀与扁平？
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我们运用广义相对论方程式可以回溯到宇宙火球阶段，以计算宇宙早期温度与密度。由此我们可以得出，大爆炸后一万分之一（10-4）秒，整个宇宙的密度相当于现在原子核的密度（每立方分米1014克），其温度是1012K（1万亿度）。正如我们在第二章所看到的，原子核已经被研究了近百年了，上述的状态也在粒子加速器中被研究了几十年了。物理学家们完全相信，他们了解当宇宙膨胀与冷却时，这种情况下以及所有不太极端情况下通常物质的状况。因此，我们完全相信，我们了解从大爆炸后10-4秒开始的通常物质的演化。某些细节俟后讨论。重要的是，宇宙极端均匀与扁平以及产生今天星系团的细微不规则性，或许在那时已经留下了印记，因为这些不规则性没有办法事后再加上去。我们对其尚不如对原子理解得透彻，这意味着我们必须深入到某些加速器实验所探明的温度（能量）与密度情况下，进一步考虑更为久远的过去。我们认为自己已知晓更早时间发生之事，但是这还有待进一步研究。我们的思索越接近大爆炸那一刻，我们越感到疑惑。
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