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第三节 回归三维空间（第1页）

第三节：回归三维空间

——时间的本性

2013年1月英国的天文学家宣布他们发现了宇宙中纵深达40亿光年的星体结构，这是由73个古老类星体或星系共同组成的目前最大的星体结构——“大型类星体群组（简称LQG）。英国中央兰开夏大学耶利米亚·霍罗克斯研究所的罗杰·克洛斯博士认为：“这一发现令人非常兴奋，因为它颠覆了我们之前对于宇宙的认识。如今看来，宇宙中的星系并不像我们所想象的那样是均匀分布的。普通星系的长度在600万到1000万光年之间，但一个典型的LQG的长度约为16亿光年，而这些星体结构在被拉长后的长度能达到40亿光年。即便以光速行进，也需要40亿年才能穿越这个类星体群组，宇宙中存在如此大规模的星体结构有可能将会对现有的宇宙学理论形成挑战，彻底改变人类对宇宙的认识。”现代宇宙学理论的基础源自爱因斯坦的研究成果，并依赖“宇宙学原理”的假设。虽然“宇宙学原理”也是一种假设，但目前还没有确凿的证据能够对其进行证伪。而根据“宇宙学原理”和现代宇宙学理论而得到的计算结果显示，天体物理学家目前无法发现一个大于12亿光年的宇宙结构。很明显，上述新的LQG的发现将对这一理论形成挑战。

飞行异常对传统物理学的挑战

美国宇航局近日发表的一份分析报告认为，美国“近地小行星交会”“舒梅克”号探测器的飞行速度就比预计的要快得多。在许多太空探测器近地4小时的飞行期间，有的出现减速现象，有的出现加速现象。而这种飞行异常现象，或许在提示着相对论需要修改。

“飞行异常”现象是指当太空飞行器进入太空之前、尚在地球周围不断加速的过程，所有飞行器都曾有过奇怪的速率变化过程。而根据已知的万有引力定律，不应该出现这种现象。于是有些科学家认为，这种飞行异常表明现有物理学定律以及万有引力定律存在问题，爱因斯坦的广义相对论需要修正。有人则认为这只是一种较为激进的看法。

对此，美国斯蒂芬·阿德勒博士认为飞行异常现象是由一种看不见的暗物质所造成的。飞行器在穿越暗物质的过程中，受到了来自暗物质引力作用，引起了飞行器速率的不规则变化。

另一个飞行异常的例子是：美国宇航局1972年3月2日同时发射了“先锋十号”“先锋十一号”双胞胎飞船，它们以时速2。7万英里每小时前进。科学家正在持续监测，1983年就离开太阳系，现距地球几十亿英里的“先锋十号”（Pioneer10）的信号。近日研究人员表示“先锋十号”目前正被一股未知的力量拖拽回太阳。而这股未知的力量丝毫没有减弱的迹象。科学家正在思考该探测结果或暗示了一种新自然力量的可能。

发表在物理学期刊《物理评论》上的研究显示，两颗探测器正以每世纪6英里的速率改变——这种效应几乎无法探测到，它大约比引力作用微弱100亿倍。研究小组在排除了飞行器自身的原因后表示，目前没有任何现存理论能够解释为什么这种神秘力量维持恒定：物理学常识说明几乎所有可能存在的力，从引力到太阳辐射的效应，引力与距离是成反比的，力都会随着距离的增大而急剧锐减，但目前的研究表明，它们离开太阳越远，反而受到的引力增加了。

两个探测器表现出的怪异行为排除了两者正在被太阳系外某未知行星产生的引力所影响的可能性。有些科学家还提出了另一种可能，也即这些神秘力量是由先锋者号探测器离开太阳系环境剧变导致的，但科学家随后发现该神秘力量对另外两颗仍位于太阳内的太空探测器，伽利略号和尤里西斯号也产生了影响。这两个探测器的数据表明它们受到的神秘力量的强度与先锋者号所受到的是一样的。美国斯坦福大学的太空科学家邓肯·斯蒂尔（DunSteel）博士表示，这种微弱的力量在宇宙范围内可能产生巨大的效应。此外他还提出了一个新问题：我们对引力定律的了解是否全面？”

从聚合而生的多层宇宙模型来看，这种现象能够得到更合理的解释。万有引力是一种错误的假象，引力只是力弦粒子的压力，宇宙天体在自己的层级宇宙之内，容易受到系统力的影响。当脱离系统，同样也会受到外部力弦粒子的作用，而力弦粒子方向是由外向内的，太阳系有来自银河系力弦粒子的压力。

无论如何，传统的相对论都面临着威胁。因为暗物质的本质人们目前还不知道，作用原理只是猜测。另外这种飞行速率变化到底受什么影响不得而知，存在问题就说明相对论的时空弯曲并不完美，或者宇宙物理的深层原因还是没有弄清楚。

爱因斯坦曾经是量子力学的催生者之一，但是他始终不认可量子力学的测不准原理，所以他除了那句著名的“上帝不掷骰子”外，还有另一个名言：“月亮是否只在你看着它的时候才存在？”霍金说“上帝不仅掷骰子，而且他总是把骰子扔到我们看不到的地方！”当然这就是以爱因斯坦为代表的科学家与玻尔为首的哥本哈根派为代表的科学家，关于量子本质争论的关键点。爱因斯坦强调内在的因果关系，哥本哈根派强调事实观察结果。量子世界有其不可窥视的一面，量子的测不准原理，波粒二象性等是人类工具的粗糙、无奈，还是因果的逻辑没有找出来，至今还困惑着物理学界。

现代观察的事实表明：电子能够再次分裂，在特定环境下能够测出量子中子动量与位置的两个状态。这些事实打破了哥本哈根派的量子逻辑，也似乎注定了爱因斯坦追求因果关系的方向未必是错误的。但是相对论本身的平滑弯曲的时空，与量子在极端微观尺寸下的量子涨落是矛盾的。相对论与量子力学似乎是各自独立运转于一个宇宙系统之中，相对论与量子力学的不完善可见一斑。

量子力学和广义相对论是二十世纪两个非常成功的理论，但这两个理论在现有的框架下是相冲突的。简单说来，量子力学认为没有任何东西是静止不动的，任何东西都有起伏涨落（测不准原理）。广义相对论认为时空是弯曲的，大质量星体导致平滑时空弯曲是万有引力的起源。将量子理论与相对论结合在极端微小的普朗克尺寸下就可以导出，时空本身也是每时每刻都在经历着量子疯狂的起伏涨落（量子泡沫）。在靠近粒子的地方的引力会增加至无限大。在黑洞的视界附近，在大爆炸的初始时刻，相对论与量子的矛盾都会凸显。在这些情况下，我们现有的理论（量子力学和广义相对论）是不适用的，只能得到一些结果为无穷大荒谬结论。很显然，我们需要一个更完备的理论。

量子纠缠与超光速

爱因斯坦把光当作常数，这是相对论的基础之一。他把量子超光速纠缠称为“遥远的鬼魅行为”，他不承认任何超光速现象，认为超光速将导致无穷质量，但是在量子纠缠现象里，信息传播已经远远大于光速。

为了说明超光速现象是再次证明爱因斯坦相对论的不完美之处，我们先看篇完整的科技报道。据美国生活科学网报道，瑞士实验显示量子信息传输速度超光速万倍，爱因斯坦曾对任何超光速的说法都予以驳斥，但事实很可能会表明这是他一生中犯下的为数不多的错误之一。瑞士科学家日前称，他们在实验中证实，处于纠缠状态的亚原子粒子，它们之间信号传输的速度要远远超出光速，达到光速的万倍。

瑞士科学家表示，原子、电子以及宇宙空间其他所有的微观物质都有可能会表现出异常奇怪的行为，其行为规律可能与我们日常生活中传统的科学规律完全背道而驰。比如，物体可以同时存在于两个或多个场所；可以同时以相反的方向旋转。这种现象也许只有通过量子物理学来解释。量子物理学认为，任何事物之间都可能存着某种特定的联系。发生于某一物体之上的事件，可能同时对其他物体也产生影响。这种现象称为“量子纠缠”，不管物体之间的距离有多远，同样存在“量子纠缠”的关系。

爱因斯坦坚决反对“量子纠缠”理论，甚至将其戏称为“遥远的鬼魅行为”。根据量子力学理论的描述，两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态。几十年来，物理学家试图验证这种神奇特性是否真实，以及决定它的幕后原因。其实，我们可以运用形象化的说明来解释这种现象，被纠缠的物体释放出某种不明粒子或其他形式的高速信号，从而对其伙伴产生影响。此前，已有实验证实传统物理学领域中某种隐藏信号的存在，从而打消了人们对于这种隐藏信号的种种疑问。但是，仍然有一个奇怪的可能性没有得到证实，即这种未知信号的传输速率可能会比光速还要高。

为了证实这种可能性，瑞士科学家开始着手对一对相互纠缠的光子进行实验研究。首先，研究人员将光子对拆散，然后通过由瑞士电信公司提供的光纤向两个村庄接收站进行传送，接收站之间相距大约18公里。沿途光子会经过特殊设计的探测器，因此研究人员能够随时确定它们从出发到终点的“颜色”。最终，接收站证实每对相互纠缠的光子被分开传送到接收站后，两者之间仍然存在纠缠关系。通过对其中一个光子的分析，科学家可以预测另一光子的特征。在实验中，任何隐藏信号从此接收站传送到彼接收站，仅仅需要一百万兆分之一秒。这一传输速率保证了接收站能够准确地检测到光子。由此可以推测，任何未知信号的传输速率至少是光速的10000倍。

爱因斯坦不仅不接受“量子纠缠”的思想，而且还坚持认为不可能存在比光速还要快的信号，任何比光速快的“鬼魅似的远距作用”都是不可思议的。根据1905年出版的爱因斯坦的相对论，他认为没有物体的运动速度能够超过光速。爱因斯坦解释说，光速属于自然界的一个基本常数：对于空间内所有的观察者来说，光速都是一样的。同样爱因斯坦的相对论解释说，当物体加速时，物体本身的质量会增加，而加速需要能量。随着物体质量的增加，维持速度所需的能量也更多。当物体以接近光速运行时，爱因斯坦经过计算说，它的质量将达到无限大，所以要使得物体继续运行的能量也要无限大，而要超过这一极限是不可能的。

现代科学家们从实验中得到的结论，既可以反驳爱因斯坦的“错误”观点，也可以用来解释同一事物同时出现在不同地点这一奇异现象。爱因斯坦都无法解释的奇怪行为，正是量子物理学的魅力之处。

虽然科学家们不肯给“量子纠缠”一个超光速的绝对结论，但是很明显，“量子纠缠”肯定存在着内部的逻辑与联系，也不会因为科学家与理论学家们不承认而消失，反而会越来越影响人们的生活。我国科举家已经在2009年就发现了五个量子同时纠缠现象，试验数据达到17公里。量子纠缠内在的传播逻辑在目前科学上还是无法解释的。但是很多国家却都在做着量子通信的准备，因为量子通信是目前公认的最安全的通信方式。

在宇宙大爆炸学说里，暴涨期间宇宙爆炸超越了光速。在关于宇宙红移的测量里，发现遥远的星系很多速度都超越了光速，而按照宇宙本身膨胀的思考，修正后的数据，遥远星系的逃逸速度也达到光速的0。8倍，甚至更多。

人们认为宇宙空间自身的膨胀拉伸了光波，使红移变得不可思议。当人们不能合理解释银河系为什么不随着宇宙空间膨胀而膨胀的时候，一些理论学家们说，因为万有引力的影响，所以银河系紧紧地拥抱在一起，所以没有同时空膨胀，其实这些道理看上去有些牵强附会。只是没找到更合理的解释，而新的研究表明，宇宙本身可能存在旋转中心，而且宇宙存在着让光损失能量的空洞，对于红移与光的认识我们必须有新的了解。

在弦理论中，光是被限制在膜上，光被限制、被规定了。这也就弦理论的背景依赖。光速是最快的，黑洞理论者认为弦理论中的黑洞有个奇点，人们完全可以通过奇点跨越宇宙。从一个世界旅行到另一个世界，而速度是远远大于光速的。科学家们宁愿在弦理论、黑洞奇点等这些奇怪现象里接受超光速现象，但是却难以在现实中接受超光速现象，这种奇怪的逻辑似乎倒成了科学进步的绊脚石。

正如人们早期从认识地球是圆的到地球围绕着太阳转动的进步一样，人们将来早晚会欣然接受亿倍光速这个事实，甚至千亿万的倍光速粒子这个问题。正如人类发现原子核里能量一样，其实有可能我们在空间里捕捉到更多的能量，因为我们的宇宙只是宇宙海洋中的一分子。

在量子纠缠里，信息也应该是物质。既然信息能够被超光速传播，而信息本身又可读取，说明传播量子纠缠的信息显示着其物质特性。

光在宇宙传播中的弯曲

相对论认为光速是永恒的，是不能丢失能量的。但是光在通过大质量的恒星与星系的时候，往往因为这些大质量星体引起的弯曲时空而被扭曲。同时有科学研究发现，星系之间存在的强大磁场也能够扭曲光的传播。如果我们宇宙之外存在多宇宙，那么一个自身转动的宇宙，包括宇宙外壳的质量与结构空间肯定也会像黑洞一样能够扭曲光的路线。

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而可以通过测量它的辐射及对周围天体的作用和影响来间接观测或推测它的存在。

科学家联网三座射电望远镜阵列打造“事件视界射电网”，成功地观测到3C279类星体核心区神秘图像，其能量由背后隐藏的超大质量黑洞所提供。科学家在射电图像中发现了一个阴影区，在明亮的背景下显得格外突出。这是在黑洞强大引力作用下光线发生弯曲所致，也是首次观测到黑洞事件视界存在的直接证据。黑洞的事件视界被黑洞的可见边界，在事件视界以内即便是光也不会逃逸出来。

光在星系中是被电磁场不断扭曲的，不仅受引力影响。2008年7月，据《科学家报》报道，科学家发现银河系中一个神秘的磁场在不断地变化。

在最初的时候这个星系中是不存在神秘的磁场，是类星体的剧烈运动产生了小却强度很大的宇宙磁场

宇航员发现从类星体辐射出的光线是具有角度的，并存在偏振现象，而造成这一结果的原因是光受到了宇宙磁场的扭曲（这与光受万有引力弯曲的相对论是矛盾的）。而当类星体距离越远时，其发出的光线发生偏振的程度就越大。但研究人员依然无法知道磁场到底是起源于类星体，还是存在于类星体与地球间的某处。（这说明宇宙空间存在着复杂的结构，那种仅仅认为大质量星体影响光的弯曲是片面的）科学家们通常是通过观测星系本身发出光线和射电辐射中的偏振现象来绘制星系磁场分布图的。由来自瑞士联邦技术机构的科学家组成的研究小组发现当前观察的类星体所发出的光中，镁二光谱的偏振程度远远超过了其他的类星体所获得的该光谱发生的偏振情况。对于这一现象，研究人员的理解是。这确实证明了星系和宇宙磁场的存在，而偏振就发生在光通过星系和磁场的过程中。研究人员说：“观察显示宇宙磁场的扩大速度是相当地惊人。”

磁场广泛地存在于行星、恒星、星系之中，甚至存在于几乎空无一物的星系际空间。它们都贮存和释放着能量，在空间各处产生出巨大的电流，助长了恒星的形成，将星系的大规模运动转化为湍流和热量。

在后面第九章里会提到，美国科学家首次发现贯穿整个宇宙的奇特轴线，冲击爱因斯坦的相对论。在宇宙中似乎存在着一条巨大的轴线，而整个宇宙都环绕在它的周围。新近发现的这条“轴线”将会动摇当今所有有关宇宙诞生和演化过程的理论，其中就包括爱因斯坦的“相对论”。根据爱因斯坦提出的“相对论”，空间和时间的分布在“大爆炸”发生虽然是非常混乱的，但从宇宙总体上看应是非常均匀的，并且存在着向各个方向扩展的趋势。不过，美国“宇宙微波背景辐射探测器”传回的最新数据却从根本上否定了这一著名的假设。据专家们介绍，测量结果显示宇宙背景辐射温度的分布并不是杂乱无章的，它们所处的位置都相当确定，或者说是“有计划的”。

光不仅受引力，还受磁场等其他因素影响。如果存在一个多宇宙的状态，那么我们的宇宙绝对不是静态，而是旋转的。一个旋转的有外壳庞大质量宇宙会导致光的弯曲，甚至将其束缚其中。

光在宇宙中丢失能量宇宙大爆炸的证据之一就是红移现象，科学家认为红移证明了宇宙是膨胀的。但是新的研究发现，宇宙中存在空洞，光在空洞中丢失能量，也能够造成红移假象。