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宇宙膜理論是由 史蒂芬•霍金教授(Stephen W. Hawking) 所提出o
出生於 1942 年 1 月 8 日，他被譽為繼愛因斯坦之後最傑出的科學家，他的研究促進了宇宙模型的重新構造和定義。大學就讀時便已罹患運動神經元病，這是一種無法治癒的運動神經萎縮症，如今他只能坐在輪椅上並且失去了語言能力，僅能利用電腦語音合成器代言。但這位據稱全身只有三個手指能動的殘疾人，卻依靠驚人的毅力，完成了一系列驚人的關於大爆炸和黑洞的理論，對宇宙學作出了巨大的貢獻。 霍金也是位傑出的科普作家，所撰寫的《時間簡史》、《胡桃裡的宇宙》都暢銷一時。《萬有理論》是霍金在劍橋大學所作的系列講座，由七次演講組成。在這系列講座中，他提綱挈領，以更清晰、更簡潔扼要的方式介紹了整個宇宙歷史。
一•生平：霍金是個天才物理學家，而他同時也是一個罹患所謂 motor neuron disuse atrophy病症，死神可能隨時降臨的年輕教授。1985 年夏季，這個超級物理學家不顧妻子以他健康為理由的反對，毅然應邀到日本訪問。霍金到了日本之後，曾在京都做了一場頗具震撼性的演講，就這樣，他從經都向全世界的物理學家發出新的挑戰書。霍金誕生於 1942 年，是兄弟姊妹中四人中的老大，父親是物理學家。據說霍金在十一歲的時候，便立志將來做要一個科學家。當時父親希望它能入牛津大學就讀，但是他在倫敦郊外的一所私立學校就讀高中時，成績卻很糟糕，使他的雙親十分灰心，認為他考不上牛津大學。這種情形與少年時期被老師認定是腦筋遲鈍的愛因斯坦頗為相似；不過霍金後來卻幸運地考上牛津大學。在牛津大學的他，是八人式賽艇的好手，有健壯的體格及活潑的笑臉，而且非常PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version />
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史蒂芬•霍金之探討3/5 的人緣。在他朋友的眼中，他是個個性詼諧，非常喜愛古典音樂、科幻小說，而且蓄著一頭長髮的運動員。帶給他悲慘命運的 1962 年來了，motor neuron disuse atrophy 這個惡魔附身在他原來充滿活力的身上。當時他就讀劍橋大學研究所一年級，中東旅行回來後，他察覺到自己的舌頭開始變的不靈活，逐漸不能暢所欲言，後來他才從醫生口中知道那個惡魔的名字。然而，這一年對他而言，也是幸運的一年，因為，他也是在這一年，遇到他現在的妻子――珍伊露德。雖然名知道他罹患不治之症，真一路得還是決定嫁給他，這是 1965 年的事。《註二》二•重要發現：01•1974 年他發表一篇論文宣稱黑洞會不斷放出輻射，直到消失。當時不少黑洞專家不肯接受，相信霍金一定搞錯了。然而他並沒有錯，而且聲名也因此大揚。今天我們把這個奇特且重要的現象稱為「霍金輻射(Hawking Radiation)」，已經有數千篇論文從各種角度來研究它，是非常熱門的題目。《註一》02•「黑洞可能變小」的理論出現在 1973 年，這個理論將人們對黑洞的推理都逆轉了，在學術會議上就有科學家斥之一派胡言。然而，當這個發現在 1974 年發表於英國知名科學雜誌《自然》時，很快地被全世界的物理學家討論著，他們譽之為理論物理學方面最重要的發現，甚至是「物理學史上所有最美妙的文章之一」。《註三》03•霍金的“新黑洞”理論不再和現有量子理論矛盾次原子理論擁護者堅持物質不滅定律，也就是物質會改變形式，可是絕不會消滅，在這種情況下，物體如何能夠完全消失在黑洞裡，絲毫不留任何痕跡？而形成整個現代物理學基礎的量子理論，宣稱所有信息都會以某種形式保存下來。而霍金以前的黑洞理論則認為，黑洞會吞噬物質及其相關信息。因此，老的黑洞理論和現存的量子理論相矛盾。斯坦福大學理論學家蘇斯坎曾經說，霍金原來的理論會導致大部分量子理論瓦解。霍金自己也曾經為兩種理論之間的矛盾而苦惱，然而，他這次大膽提出的新理論終於結束了糾纏了他 30 年的苦惱。黑洞是太空裡的某些看不見的星體，那裡的引力大得驚人，包括光在內的一切東西都難以逃逸出來。過去，宇宙學家一直認為，對於宇宙來說，黑洞純粹是一種破壞力量，現在霍金最新理論說明，黑洞在星系形成過程中扮演了重要建設角色。霍金現在所說的黑洞不同於傳統的黑洞，它沒有將裡面的一切隱藏起來。反之，在經過長時間輻射後，它們最終會將裡面的信息釋放出來。這個新理論將使有關黑洞的理論研究進入新的階段，科學家們也許有一天能夠真正揭開黑洞的秘密了。《註四》PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version />
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史蒂芬•霍金之探討4/5 三•重要著作：01•1988 年出版了《時間簡史(A Brief History of Time)》：一本在美英長期位居排行榜高位的暢銷書，賣了超過一千萬本，遙遙領先其它科普書籍。《時間簡史》這本書扼要地介紹了相對論與量子論的基本概念，以及它們在宇宙學中的應用，他自己的「霍金輻射」當然也寫了進去。如此一來，這本書就頗有些難度，一般人要從頭讀到尾不是很容易的事。難怪有統計數字說，百分之七十買了《時間簡史》的人並沒有認真地把書看一遍。但是反過來看，還是有百分之三十的人能耐著心欣賞《時間簡史》這樣比較「硬」的書，足見《時間簡史》的魅力不凡。霍金很清楚科普書寫作原則：公式要少(全書其實只有 E=MC2 這一個公式)、故事要流暢。當然流暢的故事也必須是精采的故事。不過這一個要求對於《時間簡史》的主題──宇宙學──來說，一點也不成問題，因為關於宇宙的有趣故事太多了。宇宙是一個既真實又容許無限想像空間的題材，是最受歡迎的科普主題之一。《註一》02•21 世紀第一年末推出了他第二本以大眾為對象的通俗著作──《胡桃裡的宇宙(The Universe in a Nutshell)》：就像非常賣座的電影一定有續集推出一樣，很多人都在期待霍金出版《時間簡史 II》。《胡桃裡的宇宙》就是霍金給大家的答案。但是霍金並不希望大家把這一本新書看成《時間簡史》的續集而已。他在《胡桃裡的宇宙》自序中說：「不斷有人問我何時會寫續集。我則是一律婉拒，因為我不想寫一本《時間簡史之子》……不過我逐漸體會到，的確有必要寫一本風格不同且比較淺顯的書。《時間簡史》是採用直線式架構，幾乎每一章都和前面各章的內容有關。……很多人在前幾章就卡住了，……本書則不然，它比較像一顆樹，第一、二章是主幹，其它各章全部是分枝。」也就是說霍金認為讀者「在讀完兩章主幹後，先看哪一章都沒關係。」這樣的安排當然是想要減輕一般讀者閱讀時的壓力，以求銷路好一點。不過我驚訝地發現後五章裡講的是相當尖端的東西，和《時間簡史》比起來，未必「比較淺顯」。例如第七章《美麗膜世界》裡所談的膜世界(brane world)、M 理論、全像性(holography)等是這兩三年內才出現在理論物理研究中的概念，只有物理系博士班高年級學生才可能接觸這種時髦的題材。很多物理系教授可能都還不知道這些詞彙的意涵。《註一》03•《黑洞與嬰兒宇宙——以及相關文章》，史蒂芬．霍金著，藝文印書館出版。04•《時空的未來》(The Future of Spacetime) 四．世人評價PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version />
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史蒂芬•霍金之探討5/5 01.在物理學家史中史蒂芬•霍金教授(Stephen W. Hawking) 被認為是自愛因斯坦以來最傑出的理論物理學家。廣博思考黑洞的假說，及宇宙大爆炸形成，卻始終與諾貝爾獎無緣，因為他所提出的黑洞理論缺乏強而有利的證據，以致還無法全為人們所接受，在2004 年還曾經公開道歉對於黑洞的認識有錯誤。02. 邏輯＼數理佼佼者一這是由心理學家嘉納在近代之作《心靈架構》為衡量人屬七項智能，史蒂芬•霍金屬邏輯\數理方面的奇才。參●結論為物理史上重大的科學家，號稱愛因斯坦二世，當然他所提出的理論也是眾所矚目的焦點，因為身為科學家奇才之ㄧ，他所提的理論有可能足以改變我們對一般事物的想法，推翻以前學者證據不足的理論，對於全世界，佔有舉無輕重的地位。近年來，專門研究黑洞及宇宙大爆炸的理論，與兩位有名的物理學家打賭一本棒球百科全書，他們是認真的!研究結果史蒂芬•霍金承認自己對宇宙認知的錯誤，輸掉了一本棒球百科，這不是重點，重點是他們知道自己哪方面的缺失，也勇於接納其他科學家的意見，對於自己所提出理論的疏忽，無不加以向世界道歉的。深怕，此偏門的理論，帶領人們走向錯誤的方向。而自毀前途呀! 肆●引註資料註一、註二、<科學眼第 21 期>―光復書局出版註三、註四、 created with FinePrint pdfFactory Pro trial version />
以上資料節錄自: />
先引述宗教的說法:
道兩家的世界觀都提到了另外空間的存在，比如三界之內有很多層“天”，並且修煉有成就的人可以“跳出三界外，不在五行中”。在中國氣功高潮中，有許多雜誌也報導了人體特異功能現象，例如從密閉的容器中取物等等，研究者往往認為這些現象是突破我們現有空間的結果。當然也有許多人不相信，認為另外空間只是憑空想像，因為它們看不見、摸不著，連最先進的科學儀器也探測不到它們的存在。
然而，科學家們的思想往往是超越人類現有知識的。他們認為，看不見、摸不著、現代科學儀器探測不到的，並不能證明不存在，也可能是因為這個儀器還不夠先進。在現代物理學研究中，為了能夠把萬有引力和其它基本作用力統一起來，一些理論物理學家提出，我們這個宇宙可能只是多維空間的一個層面（膜）。基於這個“膜世界”的概念，科學家們試圖把萬有引力和其它基本作用力統一起來。權威科學雜誌《自然》2001年6月28日（第411卷）報導了膜世界理論的研究。以下為原文的部份翻譯。
請設想一下，我們熟悉的這個三維空間和一維時間的宇宙被一個多重宇宙所代替，當然這超出了我們的經驗。現在設想這個多重宇宙是以多層膜的形式存在於一���多維超空間。這些另外的時空可能只有原子大小，也可能無限的大。我們也許永遠也不能進入這些時空，但是它們卻對我們這個宇宙的物理現象產生深刻的影響。
“膜世界”迄今只是在理論物理學家腦海裏被證明存在的奇異世界。雖然聽起來有點異想天開，實際上“膜世界理論”是非常嚴肅認真的一個嘗試，去解決最令現代物理學家們苦惱的問題：怎樣把引力和其它三個基本作用力統一起來。
對基本粒子和基本作用力特性的最流行的解釋是“標準模型”。其主要的缺點是不能把引力和其它作用力平等對待。多膜世界物理學創始人之一，哈佛大學教授尼瑪阿肯尼-哈米德說：“這是非同尋常的，雖然引力是最早發現的，卻是迄今了解最少的力。”與其它的伙伴相比，引力很弱。比較兩個電子之間的引力與電磁斥力，引力要弱10^43倍。阿肯尼-哈米德用了一個大家熟悉的例子進一步說明：“一個普通的磁鐵能夠吸起桌子上的一根別針，儘管整個地球的質量都在向下拉這根針，試圖阻止它被磁鐵吸上去。”
然而現在的宇宙理論要求，在宇宙“大爆炸”後的一個很短時間內，所有的四種基本作用力是合一的。在這樣的高能狀態下，這些作用力隨著宇宙的冷卻，在互相分離之前，引力一定與其伙伴有相同的強度。
目前試圖解決這個矛盾的主要理論是“超弦理論”，它把所有的基本粒子都用振動的一維“弦”來表示。根據超弦理論，在極小的距離（10^（-35）米）之內，引力的強度可以趕上其它伙伴。如果能探測這樣小的範圍，就可能發現另外7個卷曲的維度。
科學家們讓兩個能量極高的較大粒子互相碰撞，在碰撞產生的碎片中尋找（新的）基本粒子。如果“超弦理論”是對的，那麼要想探測引力的性質，所需要的能量將高達10^16萬億電子伏特，而現在世界上最大的粒子加速器只有2萬億電子伏特。
巨大的能量也給理論物理學家帶來了麻煩。粒子碰撞實驗表明：電磁力和弱核力在1萬億電子伏特能量時可以統一起來。通過仔細調節，“標準模型”可以適用於這個“電弱”能量級別，但是無法解釋觀察到的弱電能量級別和弦理論所預言的10^16萬億電子伏特之間的巨大差異。物理學家們把它叫做“級別問題”。
大多數理論物理學家試圖通過引入“超對稱”來解決“級別問題”。這個理論提出，在“標準模型”中每個粒子都有一個鏡像，它們具有不同的“自旋”這種基本特性。這些粒子的量子效應處於極高的能量級別（10^16萬億電子伏特），但是理論物理學家們發現：他們幾乎完全抵消掉了，只剩下“電弱”能量級別。
1998年，在加州斯坦福大學工作的阿肯尼-哈米德、薩瓦斯迪莫泊拉斯和加艾德瓦裏從另一角度考慮“級別問題”。他們設想如果引力和電弱力具有相同的能量級別，那麼引力會是什麼樣的呢？
經過深入的研究，阿肯尼-哈米德等提出了“膜世界理論”，認為許許多多空間是以多層膜的形式存在於一個多層超空間。圖示為其提出的一個模型。我們人類生存的這個膜（空間）是以摺疊的形式存在的，遙遠的星球在一個多層空間中看，可能離我們地球只有1毫米的距離。光波只能侷限在膜內傳輸，而引力卻能夠“洩漏”到其它空間，也即引力可以在其它空間傳輸。由於這個差別，引力在我們這個空間看起來就非常弱了。
《自然》在這篇報導中對“膜世界理論”有更詳細的介紹，讀者可以參閱。現在“膜世界理論”還在不斷的發展之中，實驗物理學家們正在用實驗對“膜世界理論”的預言進行驗證。
事實上，對萬有引力本身，也有很多疑問。美國航天局的科學家一直疑惑不解的是，他們發射的幾個宇宙飛行器逐漸放慢，偏離按照“萬有引力定律”所計算的軌跡。特別是對先驅者10號軌跡的觀察更是提供了直接的證據。
[後記]
在現代物理學的發展史上，為了解決黑體輻射、氫光譜、光電效應等問題，物理學家在本世紀初提出了“量子理論”。量子理論已經成為現代物理學的支柱之一，其特點是人們已無法用在宏觀世界的經驗來想像微觀量子世界的景象，而只能以數學計算推導我們在宏觀世界所能觀測的結果。電磁力、弱核力和強核力都可以被量子理論統一地描述為一種力的不同表現。現代物理的另一個支柱是愛因斯坦的廣義相對論，這個理論優美地描述了引力。在牛頓力學中，引力被認為是物體之間的相互牽引，其力度大小隨距離的平方減弱。可是在廣義相對論中，引力是時空彎曲的表現。也就是說，並不存在物體之間的直接的、即時的所謂牽引，而是物體的質量使時空彎曲，而時空的彎曲造成了牽引的現象。所以雖然人們仍將其稱之為引力，但人們已認識到它並不是簡單的、機械的牽引。愛因斯坦一直試圖將引力與電磁力統一起來，可是一直沒有成功。而這個問題直到今天也沒有解決。物理學家試圖用“引力子”來解決這個問題，也就是說粒子之間不停地交換引力子，從而產生了引力。可是這個嘗試並未獲得成功。上文介紹的多膜理論以及在此之前的超弦理論都是在這方面的嘗試。這些理論都認為宇宙不只是長寬高和時間四個維度，還有其它維的存在，而膜理論更明確假設有其它的膜世界的存在。
然而在修煉界，人們早在二千年前就已經通過修煉這種方法證實了另外空間的客觀存在。有許多修煉的人通過天目能夠看到另外空間中存在的物體、生命，而且能和這些生命體溝通上，甚至這些修煉者自己還能夠遁入另外空間。中國科學家曾對遙視、特異致動、突破空間障礙等等進行過深入研究，證實了這些超常現象的存在。正是因為它的超常，一般人很難理解，更難以體驗它的存在。李洪志老師在《轉法輪》第一講中論述：“假如當你進入到細胞與分子之間、分子與分子之間，你就會體驗到已經進入另外的空間了。那個身體存在形式是什麼樣的？你當然不能用現有的這個空間的概念去理解，你身體得同化那種空間存在的形式要求。在另外空間的身體本來就是可大可小的，那時你會發現那也是一個無比廣闊的空間。這就是指的另外空間存在的一種簡單形式，同時同地存在著另外的空間。”
轉載自正見網
科學的說法:
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摘要：A、暗能量的本质是什么？B、怎样调和黑洞蒸发与量子力学？C、是否存在额外维度？是物理学的三大困惑。解铃还须系铃人，相对论和量子力学既是它们的“系铃人”，而目前这三大困惑的突破，也说明它们是其“解铃人”。这就是21世纪开始的“第三次超弦革命”。
关键词：暗能量、额外维、黑洞蒸发���环量子、点内空间
八、何谓“额外维度”
克罗斯提到的第三大困惑是：“是否存在额外维度？”他解释说，弦理论证明的成果之一是额外维度的思想，基于的也是额外维度的思想。弦理论最早有26维，然后缩减到10维，但我们是生活在4 维宇宙中；解释那些看不见的额外维度的讨论很多，有些人还提出额外维度是可以检验到的，但他敢打赌，弦理论那些额外维度的观点不正确。我们也赞成克罗斯的观点，但我们不是说弦理论那些额外维度的观点不正确，而是说可以不用超出5维，也能解释弦理论遇到的那些难题。
物理学上真正伟大的理论终究是少数，一个理论只要能给人以启迪，也就不枉了它被学术界所认识。当代物理学正出现天体物理和粒子物理的新的合流；加速器物理和非加速器物理的合流，需要新的物理的实验，更需要新的物理观念。二十世纪六十年代出现的超对称观念，初试锋芒之后已经渗透到了现代物理的许多领域中，这种渗透的延伸是一个试图统一自然界所有相互作用的超弦理论，它对时空维数的要求，变成了十维而不再是四维。在这样的一幅时空图景中， 我们直接观测所及的看似广袤无边的宇宙，不过是十维时空中的一个四维超曲面，就象薄薄的一层膜，我们人类就世世代代生活在这样一层膜上， 我们的宇宙论也就变成了膜宇宙论。那么，进入黑洞的物体的物质结构信息是不是永久地消失了呢？霍金认为，如果用超膜理论来理解黑洞，会发现各种信息储存在p-膜上，p-膜是一张通过三维空间以及我们未注意到的额外7维的运动的薄片，黑洞可被认为在时空的额外维中与p-膜相交。在某些情形下，人们可以证明在p-膜上的波的数目和人们所预料的黑洞所包含的信息量相同。如果粒子打在p-膜上，便会在膜上激起额外的波。类似地，如果在p-膜上不同方向的波在某点相遇，它们会产生一个如此大的尖峰，使得p-膜的一小片破裂开去，而作为粒子离开。这样，p-膜正如黑洞一样，能吸收和发射粒子。p-膜模型和虚粒子对模型对发射率的预言完全一样。
高维时空的观点并不是超弦理论所特有的。早在 1919 年波兰人卡路扎(T.Kaluza)，就把广义相对论推广到了五维时空，试图由此建立一个描述引力与电磁相互作用的统一框架；1926 年瑞典人克林(O.Klein)发展了卡路扎的理论，引进了紧致化的概念，发现从高维空间约化到可观测的4维时空的机制，由此建立了所谓的 Kaluza-Klein 理论，简称K--K理论。即若11维超引力中的7维空间是紧致的，且其尺度为10的-33次方厘米，就会导出粒子物理标准模型所需的SU(3)×SU(2)×U(1)对称群。但是，在时空从11维紧致化到4维时，却无法导出手征性来。到了1984年，超引力丧失领头理论地位，超弦理论取而代之。
从1984年起，人们认定10维时空是最佳选择，10维时空的弦论替代了11维时空的超引力理论。曾流行过五种弦论，其不同在于未破缺的超对称性荷的数目，以及所带有的规范群。在10维时空中，最小的旋量具有16个实分量，有三种弦论的守恒超荷恰巧对应于这种情况，它们是类型Ⅰ、杂优弦HE和HO。其余两种弦论含有2个旋量超荷，称为类型Ⅱ弦。其中，类型ⅡA的旋量具有相对的手征性，类型ⅡB的旋量具有相同的手征性。HE和HO二种杂优弦，分别带有E8×E8规范群和SO(32)规范群。类型Ⅰ弦也具有SO(32)规范群，它是开弦，而其余的4种弦是闭弦。重要的是，它们都是反常自由的，即弦论提供了一种与量子力学相容的引力理论。在这些理论中，HE弦至少在原则上能解释所有已知粒子和力的性质，当然也包括手征性在内。然而若将粒子看作弦，那为什么不将它们看作膜，抑或看作p维客体——胚(brane)呢？
K--K理论与膜宇宙论的主要差别在于：K--K理论中的物质分布在所有的维度上，而膜宇宙论中只有引力场、引力微子场、Dilaton 场等少数与时空本身有密切关系的场分布在所有的维度上，由标准模型描述的普通物质只分布在膜上。但是象这样的一种只凭一些唯象的考虑，是不足以成为现代宇宙论的基础的，它本身必须有明确的理论依据。这种理论依据随着超弦理论的发展渐渐地成为了可能。1995 到 1996 年“第二次超弦革命”，从IIA 及 E8×E8 heterotic 型超弦理论在强耦合极限下均具有 11 维超引力理论的特征，E. Witten 提出了一种 11 维时空中的新理论，它以 11 维超引力理论为低能有效理论，能够在特定的参数条件下再现所有五种不同类型的超弦理论，被称为 M 理论。在研究这种 11 维超引力理论及 M 理论时，由于超弦理论中的规范场只存在于十维时空中， 因此很自然地出现了规范场只存在于 11 维时空中的超曲面上的观点，这便是膜宇宙论思想在超弦理论中的出现。
九、从磁单极子到超弦理论
但克罗斯认为，弦理论的时代会过去。在我国，清华大学曹天予教授、上海师范大学李新洲教授等学者，也在谈论弦理论很难成功。他们真的看准了吗？弦理论追求的是相对论与量子力学的统一,对此，著名物理学家温伯格说：“像我这样正在拼命努力要掌握它的人，都在努力钻研怎样去求解这个理论”。温伯格的话说明，弦理论即使有缺陷，也是可以继续变革的。21世纪开始的“第三次超弦革命”就是一次新一轮的变革。
因为1969年Nambu及Nielson等基于强子的双关共振模型的受激谱，数学上表现得像弦而提出的弦模型，还可以追溯到与1931年狄拉克提出电磁场是波函数的不可积相因子，推测可能存在的磁单极有联系。而且1948年狄拉克重新回到磁单极问题时，就提出了弦的概念，说弦的端点是磁单极，或是延伸到无穷远的地方。1963年狄拉克进一步发展了这个弦模型，说库仑力以法拉第力线型的弦来表示，弦的端点是电子，弦的断与合，即是“对”的产生与湮灭。后来的夸克弦模型的原型，根据的也就是这个模型。
著名物理学家费曼认为，磁单极是一个磁通量之源，就好像电荷是一个电通量之源一样；虽然至今尚无人见到磁单极，但磁单极的根本因素是粒子转动性质与它们的统计性质之间的联系。我们可以想象它像一根很长的条形磁铁，从磁铁的一端发出的磁通，就有点像这种磁单极发出的，因为另一端离开得很远。而一个电荷附近有一个磁单极，这个复合客体具有一个角动量。这个角动量最简单的方式，是求连接电荷与磁单极的直线轴，以ω角度转动所需的力矩，也是维持电子绕磁极的角速度ω做圆周运动时所必须加的力矩。因为量子力学中，角动量必须量子化，所以磁单极的存在，就意味着电荷量子化；相信电荷量子化，也使人相信有磁单极。狄拉克认为，只要我们宇宙在什么地方有一个磁单极，那么电荷就必定是量子化的。
在三旋理论看来，一个电荷和一个磁单极连线组成的复合客体，以ω角度作圆锥面转动，是一种自转的角动量。在这里，三旋理论称电荷和磁单极的连线为转轴，称��荷或磁单极为转点，对类似粒子转动性质与它们的统计性质之间联系的定义是：
（1）自旋：在转轴或转点两边存在同时对称的动点，且轨迹是重叠的圆圈并能同时组织起旋转面的旋转。
（2）自转：在转轴或转点的两边可以有或没有同时对称的动点，但其轨迹都不是重叠的圆圈也不能同时组织起旋转面的旋转。如一端或中点不动，另一端或两端作圆圈运动的进动，以及吊着的物体一端不动，另一端连同整体作圆锥面转动。即如上面说的一个电荷和一个磁单极连线组成的复合客体的角动量旋转。
（3）转动：可以有或没有转轴或转点，没有同时存在对称的动点，也不能同时组织起旋转面，但动点轨迹是封闭的曲线的旋转。
根据上述自旋的定义，类似圈态的客体应存在三种自旋，现给予定义：
1、面旋：指类圈体绕垂直于圈面中心的轴线作旋转。
2、体旋：指类圈体绕圈面内的轴线作旋转。
3、线旋：指类圈体绕圈体内中心圈线作旋转。线旋还要分平凡线旋和不平凡线旋。不平凡线旋是指绕线旋轴圈至少存在一个环绕数的涡线旋转，如墨比乌斯体或墨比乌斯带形状。同时不平凡线旋还要分左斜、右斜。因此不平凡线旋和平凡线旋又统称不分明自旋。反之，面旋和体旋称为分明自旋。
以上所说的体旋——绕圈面内轴线的旋转，面旋——绕垂直于圈面的圈中心轴线的旋转，线旋——绕圈体内环状中心线的旋转，如果是“内禀”运动，就只能存在于环量子中。而这种环量子已是一种能量环。超弦理论认为：弦是一维的，然而它那消失的粗细维度，又可能包含着卷缩在普朗克尺度中的卷缩维。这就是弦理论的“额外维度”的来历，也说明弦理论还存在微单元。弦的微单元可分到10的-33次方厘米，而要得到通常意义下的弦，微单元也使其数目不是趋于无限大。同时也说明为什么至今尚无人见到磁单极，就因为磁单极只能存在于弦的微单元，这一点是与狄拉克说电磁场是波函数的不可积相因子，是相通的。韦尔在研究统一场论时也证明，在无穷小的空间，存在不可积因子。他指出：一个真正的无穷小几何必须只承认一个长度从一点到与它无限靠近的另一点转移的这一原则。这就禁止我们假定在一段有限的距离内，长度从一点转移到另一点的问题是可积的，尤其是当方向的转移问题早已证明是不可积时更不能这样假定。这样，不可积标量因子的想法便产生了，电磁势Ａi也由此产生，于是韦尔的理论可以把电磁学在概念上纳入一个不可积标量因子的几何想法之中。我们从麦克斯韦的电磁场理论可以知道：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分离的统一的场。这实际是一种环量子套环量子的三旋运动。
当代非线性场论的研究中，有一个近似于我国古代元气论的“聚则成形，散而为气”的新观念，就是“固子”(Soliton)。但固子只局限于一维空间有严格的定义。而且这种严格的定义也仅是在宏观量子现象下的一种“实在”，而韦尔、费曼、狄拉克的不可积相因子或磁单极解，是更为典型的弦的微单元。而使弦论更像弦的微单元的系综理论；磁场更像磁单极的系综理论。生物学家说，没有细菌，任何有机体都不会自动腐败变成无机物。可知人从活人变成死人，不用火化等人为手段，要让形体消失变成无机物，没有细菌也不行。这里，如果把一般的弦论、磁场、固子比作“人”，那么把弦的微单元和磁单极解比作像“细菌”，其小一点也不过分。以此来理解黑洞吞噬黑洞外的物质，把类似实数物质变为类似虚数物质，也就有了一个“形象思维”。
这个“形象思维”目前还有科学家的实验验证，这是用相对论重离子加速器反复撞击金原子的粒子，每次撞击所产生的温度都在十亿摄氏度以上。宇宙大爆炸之后不到十万分之一秒内，整个宇宙也处于这个温度。通过重现宇宙最初一刻的情景，相对论重离子加速器表明大部分夸克和胶子的基本粒子物质，像一种接近完美的液体。所谓“完美液体”，指完全没有粘性的液体。在现实中，“完美液体”是不存在的，但是在理论上，这一点很有用。因为从三旋理论看来，一般的量子环是由有限的若干的弦的微单元串联起来的。如果这些弦的微单元像一端不动，另一端连同整体作圆锥面转动的一个电荷和一个磁单极连线组成的复合客体，那么这个量子环就存在“内禀”的线旋运动。而由量子环的三旋密码，也可以建构夸克三旋模型。
夸克三旋模型与夸克弦模型比较起来，更具有“完美液体”的没有粘性的性质。因为弦模型的“振动”与环模型的“自旋”比较起来，更无序、更混沌一些。
十、五维膜宇宙学调和额外维度
超弦理论与膜宇宙论的出现，让物理学家们的思路越出了四维时空的羁绊，为宇宙常数的研究提供了一个全新的视角。从超对称破缺能标到宇宙学常数的计算依据的是量子场论；而从宇宙学常数到宇宙半径的计算依据的是广义相对论。整个推理看上去并没有什么明显的漏洞，但从膜宇宙论的角度看，上述推理都隐含着一个很大的额外假定！这里，广义相对论是要求宇宙常数与曲率之间关联，但究竟是哪一部分空间的曲率与宇宙常数关联呢？上述推理所隐含的额外假定是：由宇宙常数所导致的曲率，出现在今天观测到的三维空间的宇宙中；而任何曲率，当然指的也就是这个三维空间的曲率。
1、十维之多的膜宇宙论
如果设想，由宇宙常数所导致的曲率只出现在观测宇宙以外的维度中，宇宙常数与可观测宇宙的半径间已无直接的对应关系，宇宙常数可以很大，而宇宙曲率仍然可以很小 (即宇宙半径很大)，这为解决量子场论所预言的巨大的宇宙常数与观测所发现的巨大的宇宙半径之间的矛盾，开启了一扇新的门户。
在九维（除开一维的时间）空间膜宇宙论中，对可观测的宇宙的膜本身曲率那部分宇宙常数，称为 “膜上的四维有效宇宙常数”，简称为 “有效宇宙常数”。由宇宙常数所导致的曲率，只出现在观测宇宙以外的情形，可以表述为：有效宇宙常数为零。即膜宇宙论的基本思路是：宇宙常数虽很大，但有效宇宙常数却很小。而导致有效宇宙常数为零或很小的机制，却有赖于参数间极其精密的相互匹配，即所谓的 fine-tunning。这种 fine-tuning 只要稍有破坏，可观测宇宙的曲率就将大大高于观测值。
2000 年到 2001 年间，欧洲核子中心的物理学家为解释有效宇宙常数虽然很小、却不为零这一观测结果，提供了一种可能的解释：如果在可观测宇宙的膜上存在超对称的话，应当在 TeV 能标上破缺。这是膜宇宙论中一个需要满足的边界条件。因为在高维超引力理论或超弦理论中，膜上的超对称在 TeV 能标上破缺，在一个过渡距离的膜外，与膜平行的四维超曲面上的高维超对称是严格的。实际在微分几何上，这是膜外的一种虚拟曲面超对称。如果超引力理论中的超对称，如微分几何虚拟曲面所说是严格的，那么这种零点能为零，有效宇宙常数也就为零，这与观测并不一致。如果这样的解存在的话，那么在那些与膜平行的四维超曲面上由于存在超对称，有效宇宙常数为零，从而在那些四维超曲面上的时空是平坦的。
有人认为，膜上的超对称破缺与超引力理论中的超对称破缺之间的关联，之所以存在，是因为超引力理论中的波函数与膜之间存在着重叠。因为这种重叠，膜上的超对称破缺能够对超引力理论产生影响，使后者的超对称也出现破缺。这也可以反过来看，为了解释有效宇宙常数的观测值而引进的超引力理论中的超对称破缺，可以在膜上诱导出标准模型中的超对称破缺，从而预言超对称粒子的质量！宇宙常数起源量子场的零点能，有效宇宙常数起源于其中的超引力理论中的零点能。暗能量是由引力子、 引力微子及其它与时空本身密切相关的场的零点能组成。但这都是高度猜测性的，并且都是有明显缺陷的。
如依赖于象超对称、超弦、膜宇宙论的Schmidhuber理论，猜测膜上超对称在 TeV 能标上破缺的解，在五维时空中证明是不存在的，因此该理论中的时空起码要有六维。由于在五维时空中不存在这样的解，表明解的存在性远不是可以想当然地予以假定的。另一方面，把由标准模型描述的普通物质的零点能所引起的曲率归结到膜以外的高维时空中，却并不能一劳永逸地消除这些零点能的影响。例如标准模型的超对称在 TeV 能标上破缺，那么由标准模型的零点能所导致的宇宙半径在毫米量级；这一半径在 Schmidhuber 理论中变成了膜以外的若干个维度的紧致半径。由于引力相互作用与所有的维度都相关，这种毫米量级的额外维度的存在，会对所在的四维时空膜上的引力定律产生影响，导致 Newton 引力常数与距离有关，使得可以对类似的膜宇宙理论进行实验检验。若 Newton 引力常数在小到 10 微米的尺度上仍没有显示出距离相关性，那么类似的膜宇宙理论就会被实验所否决。
2、只要五维的膜宇宙论
弦的微单元和磁单极结合的环量子三旋解开创的“第三次超弦革命”，为化解额外维度提供了新的思路。一是它实际解决了弦理论的三大难题：A、弦理论解决了物质族分3代与卡一丘空间3孔族的对应，但仍有多孔选择的难题。B、弦理论解决了多基本粒子与多卡一丘空间形状变换的对应，但仍有多种形状选择的难题。C、弦理论解决具体的基本粒子的卡一丘空间图形虽有多种数学手段，但仍遇到数学物理原理的选择难题。
其次，“第三次超弦革命”把我们所在的四维时空宇宙，看成是一个五维宇宙膜，不管是在宇宙大爆炸之前，还在宇宙膨胀消失之后；不管是穿出宇宙膜到宇宙膜之外，还是钻进宇宙膜点内到宇宙膜点内空间，都看成等价于“点内空间”，那么穿出宇宙膜和钻进宇宙膜点内的那个“点孔”，其边沿类似一个“弦圈”，把它看成是第五维，我们的宇宙膜只要五维就够了。再把彭罗斯的扭量理论引进来，就更可以完善对我们宇宙膜的计算。因为彭罗斯是用黎曼球面到阿干平面的球极平面投影，来表达我们的宇宙是“复”的扭量思想的。以黎曼球面到阿干平面的球极平面投影为基础，设穿出宇宙膜或钻进宇宙膜点内的那个“点孔”类似一个“微单元”；设穿出宇宙膜或钻进宇宙膜点内的那个“点孔”的“粒子”类似黎曼球面；那么我们所在的五维时空宇宙膜，就类似阿干平面。
现在我们可以看到，黎曼球面的极点到“点孔”的边沿或说是黎曼球面赤道的一点的连线，在阿干平面的球极平面投影点是零，这给阿干平面自然留下了环孔。除此之外，黎曼球面的极点到黎曼球面任一点的连线，在阿干平面的球极平面投影点，都可以是一个实数加一个虚数组成的复数，而能描述实在的事物。这就是“第三次超弦革命”带来的膜宇宙二次量子化。
第一，我们的膜宇宙是因时间的不断运动，而一层一层的迭加起来的，所以才有厚重感和宏大感的。如果只从同时性看，我们的宇宙只能是一片膜，超不过光速的长宽高范围。
第二，展望未来，我们的膜宇宙是以整个宇宙膨胀的黎曼球面量子态，进入“点内空间”。追溯过去，我们的膜宇宙是以整个宇宙收缩成黎曼球面量子点，进入“点内空间”。所以我们的宇宙片膜，有两种平面坐标描述，一个是对应复数空间的阿干平面坐标，一个是对应实数空间的欧几平面坐标。从牛顿力学到相对论力学联系的主要是欧几平面坐标；量子力学联系的主要是阿干平面坐标。从相对论到量子力学的这两种平面坐标描述，代表了膜宇宙二次量子化的要求。
第三，穿出宇宙膜或钻进宇宙膜点内的“粒子”，都有过一个类似相对论重离子加速器产生夸克和胶子的基本粒子物质状态，这同黑洞拥有的一些特征也类似。所以在实验室里部分打造类似“黑洞”或“点内空间”的实验，证实“第三次超弦革命”的一些推测，是可行的。
第四，五维的膜宇宙论把时间与宇宙常数联系起来，说明宇宙常数在阿干平面坐标和欧几平面坐标上是不同的或有变化的，但这不影响膜宇宙的二次量子化。
参考文献
1、柯江华译，物理学家的三大困惑，科学，2004年第10期；
2、王德奎，三旋理论初探， 四川科学技术出版社， 2002年5月；
3、王德奎，解读《时间简史》，天津古籍出版社 ，2003年9月;
4、王德奎，环量子理论与三旋理论，凉山大学学报，2004年第2期。
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