事物变得奇异——而且是极其奇异的——在物理学的边界地带。那些用数学描述,有时在实验中瞥见的稀有领域,之所以格外非凡,是因为它们并非仅仅是某人过度活跃的想象力的产物。
例如,弦理论的方程式暗示宇宙包含六个额外的维度,这些维度太小以至于尚未被探测到。一些物理学家还在他们的方程式中看到了无数的理论宇宙。在他们题为“弦理论景观”的文章中,从第40页开始,Raphael Bousso 和 Joseph Polchinski 提供了一个理论领域的景象,其中充满了各种可能的宇宙。
我们认为空间和时间是连续的,但量子原理暗示,事实上,在非常小的尺度上,它们实际上是以离散的形式存在的。这种离散结构的影响可能在不久的将来的实验中被揭示出来。要更仔细地了解这些想法和圈量子引力理论,请翻到第 56 页阅读 Lee Smolin 的“空间和时间的原子”。
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全息原理——正如 Jacob D. Bekenstein 在“全息宇宙中的信息”(从第 74 页开始)中解释的那样——指出宇宙就像全息图。正如光线的巧妙运用允许将完全三维的图像记录在平坦的胶片上一样,我们看似三维的宇宙可能完全等同于“绘制”在遥远广阔表面上的替代量子场和物理定律。我们认为世界是三维的内在感知可能是一种非凡的幻觉。
除了智力上的丰富之外,人们可能很容易认为,科学家们通过探索物理学前沿所学到的东西,在我们的日常生活中实际上无关紧要。事实并非如此。仅举一个例子,考虑一下广义相对论,它解释了引力是如何由时空结构本身的弯曲产生的。为了保证精度,常见的 GPS 接收器(使用环绕卫星星座计算位置)必须考虑广义相对论的影响。
在本期特刊的页面中,我们邀请您在我们的科学家作者的带领下,进行一场关于我们奇妙宇宙的纸上旅行。您将获得一次令人大开眼界的体验。