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暗物質臆想
2012/02/05 01:18
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不知道為甚麼,一直以來始終不以許多人以微中子(Neutrino,大陸翻成中微子)是為暗物質緣由的説法為然。

前不久終於有機會提出自己的看法,或者說是問題。

事情要從一位才女説起。

馬中珮,四十出頭,來自臺灣。麻省理工博士,現任柏克來加大天文物理系教授。自小天縱英才,聰眀絕頂,連業餘嗜好的小提琴都拉過全臺第一。

馬博士在美大放異彩緣於不久前她率領的天文科學團隊發現並證實了人類有史以來找到的最大黑洞,有太陽的一百億倍之大。關於黑洞請參考 黑洞 ─ 宇宙不讓你知道的秘密

上月初馬博士接受此間華語電視第八臺專訪,半小時的節目中她暢談自己的科研經歷和人生點滴,讓人非常欽羨佩服。

本來這節目一向都接受觀眾叩應進去問問題的,但因節目為事先預錄,所以主持人預告無法接受觀眾電話提問。

我確實有個終生不解的大惑很想打去問問,原先估計光問題本身就得解釋個至少五分鐘,還在琢磨該怎麼問時聽到主持人説不能接聽觀眾電話,頗感失望。

事後我將問題寫成一個電郵,網上找一下找到馬教授的信箱,不假思索便寄了出去,現正等待回電中。

長話短説,我的想法是這樣的:

宇宙中高質量、高密度的物體如黑洞在內陷不止的過程中,當最後體積縮到零時它的密度將為無限大(質量除以零體積),引力也無限大(力除以零距離:量子幾何驚奇 ─ 弦論如何顛覆傳統距離觀﹝弦論六﹞)。三度空間與時間在此處理當受強烈扭曲、變形,此為人類已知已證近百年事(參 重力如何影響時間 ─ 你必須知道的廣義相對論﹝弦論一﹞)。若空間在此處破裂理論上並無不可(參 空間的裂變及癒合 ─ 問題在那裡?﹝弦論八﹞),布萊恩等人早在上世紀末即以兩段方式理論證實(參 鏡對稱 ─ 一個魔法的誕生﹝弦論七﹞)。

黑洞等物體若破宇宙三度空間而出其後即不再存在在我人所知所感的空間範圍,而“存在”在我等不可能知悉的其他維度裡,一如汽球上的螞蟻被我們一彈就不再存在在汽球表面,它甚感惶惑,我們則一望即知怎麼回事,毫無希奇可言。

宇宙空間之為三維並無絕對非此不可的理由,弦論甚且推斷宇宙極不可能是三維,三維也者只是我們所知能感的範圍。早在百年前已有學者探討宇宙三維以外的其它可能真實樣貌(從卡魯薩‧克萊恩奇蹟到卡拉比‧丘流形 ─ 三度空間只是我們的錯覺﹝弦論五﹞)。

宇宙物質如黑洞等因強重力、高質量“破空而出”後的結果極可能就“徘徊”在我們宇宙附近,只是看不見摸不著,因為它已經不在宇宙“內”。然而線量上它又能到那裡去呢?

下圖中假想的二度平面上的“扁平人”無論如何無法理解原先在他們圍成圓圈中間好端端的一顆星球何以會忽然“不見”了,我們一看就知道為甚麼 — 因為扁平人無法探知他們的二度空間已經被黑洞重力強烈扭曲到“扯破”了,而這顆黑洞業已離開扁平宇宙他去。同理我們如果用“人海戰術”把一顆恆星圍得水洩不通,這顆恆星變成黑洞後還是照樣平空消失,扯破我們宇宙的三度空間他去。

這種離開宇宙而去的物體久而久之累積起來數量不無可能極多,畢竟只要質量大於太陽十幾二十倍的星體死亡之後“必定”形成黑洞(黑洞 ─ 宇宙不讓你知道的秘密)。太空中俱備這種“份量”的恆星多至不可勝數,此亦為人類已知之事。

惟有將我們宇宙想像成一個平面(譬如地表,世間萬物都是這地表上的“影子”)才能想像宇宙“外面”是甚麼。這些黑洞在宇宙“外面”逐漸形成某種包覆狀態,一如平原上厚厚的一層濃霧。濃霧離地不遠,但不貼附在地表上。“地表人”不知有霧卻又“但覺有霧”。

所謂的暗物質現今唯一所知也不過就是星群或銀河系旋轉速率高過總體質量所容許之可能,由此懷疑必有不眀物質及其引力參與,星群或銀河系方才有可能不至飛散開去;除此之外人類實一無所知。

我不懷疑這“額外引力”是為事實,我只懷疑這額外引力並非所謂宇宙“不眀物質”造成的,也就是說,我懷疑這些強大引力來自上述那層“濃霧” — 破宇宙之空他去的黑洞等在第四度空間對我們“遙引”

一如佈滿浮萍的池塘裡一個旋渦轉得飛快,浮萍跟著猛轉不已,你很容易就猜得到浮萍本身根本無此“能耐”,而是底下大量水流使然

換言之,沒有甚麼暗物質,有的僅僅是正常物質,只是我們看不見摸不著,因為它們已在宇宙外。在宇宙外是因為它們撕裂了空間,一如肥皂膜上的一顆小石子扯破肥皂膜掉出去,肥皂膜隨即迅速癒合;小石子還是小石子,只不過“不見了” — 對肥皂膜上的居民而言,他們那裡知道肥皂膜還有“外面”。撕裂空間是因為無限大的重力扭曲四度時空至後者無可承受 — 確是“時空中無可承受之重”

以上所述必然牽涉到一個根本問題:重力是甚麼?

這問題的答案恰好也是我們最、最、最欠缺的,甚至可以大膽說是唯一還不知道的。我敢說萬有引力的問題一旦解決,宇宙所有一切奧秘包括暗物質、暗能量等都將一次全部解決。

人類已知之“標凖模型”延用近百年來“屢試不爽”(神子、希格場、標準模型、相對量子論 ─ 人類的努力、挫折、與希望),可是還無法解釋重力(萬有引力)。牛頓只發現如何計算,未能解釋萬有引力。愛因斯坦用相對論的張量給予 modelize,可以更精確計算也經實驗證實,卻無法適用於特殊情況如黑洞。如果相對論加量子論能完全解釋重力,我們早就已經完全瞭解黑洞了,但事實並非如此。

最新的十一度空間弦論(弦論四十年話從頭 ─ 宇宙十度空間裡的樂章﹝弦論二﹞)裡把重力“子”(對,好像真實存在的一種粒子)認成為唯一的“閉口環狀弦”,因此不能附著在任一“膜”(即宇宙,“惟有將我們宇宙想像成一個平面”裡的那個平面)上,以此重力子遊走各宇宙內外及其間(如果宇宙不是唯一的現實 ─ 多重宇宙面面觀),並據以解釋為何重力如此薄弱(整個地球傾全力“引”住一塊石頭,你僅憑一己之力 — 事實上是電磁力 — 就可以贏過地球將它拾起)。

我問馬教授的倒不是這臆想的答案,因為我知道這問題離答案還遠得很,起碼幾百年。我想知道的是在物理學界有沒有這麼種想法,這個研究方向,還有這整個論述(好吧就“臆想”)有無漏洞。畢竟所根據的許多並非已知事實,有些只是理論初步證明“不無可能”(例如空間的裂變、癒合)。

以下是我的電郵原文:

Dear Dr. Ma,

I first heard of you as soon as you and your team found the largest black hole and the news spread swiftly. When I saw you on channel 26 "Talk Tonight" my wife and I instantly signed ourselves up as members of your fans, which I believe is growing by the day. We adore your son dearly when we saw him "conducting" in a video you provided. He is so cute and lively, instantly reminded us of our son when he was at the same age. Congratulations on such a high level of accomplishment in just about every aspect one can imagine. You are indeed the pride of my countrymen.

I have an important (to me) question to ask during your interview in the show, but unfortunately it wasn't live. I found your email address in Wikipedia so I decided to give it a try. I am a engineer, not a scientist, so my question may appear dumb, but it lingers for years in my mind and has bugged me for a long time.

I am wondering if and when a black hole implodes to its singularity, the latter itself actually tears up our 3-D space and got "dropped out" of the space of our universe. Using a 2-D membrane (analogy of a 2-D space) it is not difficult to imagine such occurrences. In such a case, the black hole can be thought of as being existent, only no longer in our 3-D space (and/or time for that matter), yet with its gravity felt throughout. I got this concept because in Bryan Greene's famous book (and TV program) "The Elegant Universe" he mentioned how in the string theory our space can be torn apart and re-healed by itself, he also described how he and others "proved" such a possibility, using the famous (and amazingly successful) Mirror Symmetry he invented.

So let's say the 3-D space can tear and heal, and black holes drop themselves out of our universe (in terms of both space and time), but their gravity persist, and that is conceivable if what string theory says is true -- that graviton is a ring/loop-shaped string with no ends, thus can't stick itself onto any brane. Some even conjectured that gravity is "shared" among branes. I won't get into that but here's what I imagined:

If heavy/high density objects such as black holes leave our spacetime/universe, they aren't really that "far away" but sort of gather near our brane (spacetime) and linger. Gradually more and more joined and they form a gravity halo like morning fog above a flat plain. If graviton (like the string theory describes) are truly shared and spread among all branes (spacetimes) and are free to move around (some even suggest that is why gravity is so weak), can't we imagine that it is precisely these halos plus their gravity that render the phenomenon of dark matter, your favorite subject? After all the only thing we know about dark matter is its gravity, and absolutely nothing else, isn't it?

To me this line of thought seems reasonable and logical, do you see any loopholes? Are there any research in this direction? Is the above even a viable conjecture? That, is my question.

In the show you mentioned how you use your time smartly and efficiently. I won't take up too much of your time, my question is long enough. Any answer from you will be greatly appreciated, it doesn't have to be technical. I just want to know how experts think, to what extent, and how they plan to attack the problem.

Have a wonderful Chinese New Year and best wishes for a brightest future in your career. I hope I can get a chance to read your book in short order. 

我不知能否得到馬博士的答覆,如果得到一定在此公佈以饗看客。不過同實驗室的湯姆告訴我說,史丹佛的弦論大師蘇士金(Susskind's Blog: Physics for Everyone)偶爾會對外開課,可以去電郵一問。距離上與我家不過一橋之隔,改天上網報個名去親聆教誨也十分簡便,想必也是人生一大樂事。


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迴響(6) :
6樓. GolfNut — 無心的邂逅
2014/07/07 15:08
太棒了!Bria Greene 談到我寫給馬博士電郵內容裡的 idea
5樓. patoo
2013/05/06 15:18
包立(Pauli)若在世會如何看待

2010年,奧匹數學金牌,北大數學畢業生柳智宇放棄麻省理工學院的全額獎學金,到北京西山龍泉寺出家,聽說正從事撰寫的兩篇論文,遇到瓶頸。

一、佛經所言須彌山即銀河中央黑洞。

二、佛經所述非想非非想處天即四度空間。

盼高大師有空雲遊龍泉寺,指點此小沙彌一二。

我覺得此人可能受到某種刺激因而出家。一個大學畢業生還只是個孩子,未受正統物理教育寫得出什麼像樣的物理論文?

佛教或佛學關乎心性不關事實,喜歡幻想臆想空想的人在其內會深覺受用,欣喜異常。然則即便“頓悟”甚至“成佛”如果了無事實基礎又有何用?

他遇到的瓶頸很容易即可解決 —— 證明一下不就得了?證明得了即是事實,歸入科學;證明不了大不了胡說一通,歸入佛學。

“西方極樂世界”我也想去得要命,那是我的 most favorable vacation escape,問題是ㄧ、不知此地存在與否、到底在哪,二、從無去過的人來 recommend。

GolfNut — 無心的邂逅2013/05/07 08:41回覆
4樓. 盹龜雞~ 平菁街 寒櫻滿開
2012/02/24 12:57
賣力講解

加上精心選來的插圖 ,  總算讓我複習了一趟 幾乎完全忘光的天文物理 . (奇怪, 是新添上去的嗎 ? 還是我上回偷懶 沒看全 ?   ) 蘇士金還會為天文物理愛好者開班, 太好了嘛, 簡直是天上掉下來的禮物 , 小衲可別錯過了 .

馬博士的網頁我去看了 , 她認真讀書作研究, 盡心照顧自己的孩子和家庭之外, 與好友合奏室內樂 , 仍舊保持清純樸實, 真是好 ! 

天文物理領域 裡的華人不少, 丁肇中和劉兆漢 也是各中翹楚 ?  前不久看報上介紹說臺灣台大 梁次震中心加入南極的觀測, 利用南極的巨厚冰層能捕捉超高能的微中子,與同時產生的正負電子輻射電波, 來解讀微中子.  宇宙觀測學者黃俊輝將於2014年在南極裝設最新觀測天文儀器.

這麼巧 , 幾件事就連一串了 , 很高興知道 我們並沒有在這個領域裡缺席.

我一直在害怕所謂三度空間的“外面”這東西很容易就會被打成異端邪說,可是長期以來不斷發現原來有此異想的大有人在,不必畫地自限。能不能證明是一回事,空想還是能被容許的。

馬博士因爲女性,有一種絕對的知性美。我並不知道她在數學理論方面是否專長,但無論如何總高過一般人太多,這點可以確定。不過在玄想方面,專業人士確實不能太異想天開。

公司前不久開會叫大家要“master your job”、“stay quick”、“be quiet”,有點也適用於科學界。

微中子?I don't know,有是有的,要成爲暗物質好像有點困難。咱這是娛樂網站,大膽假設無妨。 GolfNut — 無心的邂逅2012/02/24 15:16回覆
3樓. twted
2012/02/07 15:16
高深的太空物理

高深的太空物理我們實在搞不懂

不過可以問一個門外漢的問題嗎?

人類有可能以超過光速來旅行嗎?

黑洞和時空旅行有關嗎?


超光速旅行就目前已知不可能。
黑洞和時空旅行有關:就空間來講,它會扭曲它周圍的空間到很極端的地步,光會被迫轉彎(因為空間彎曲了),彎到繞著黑洞跑,出都出不來,因此我們見不到它發出的光(等於都被吸回去),所以看起來一片漆黑,所以叫黑洞 — 是真的黑,黑不見底。
就時間來講越靠近黑洞時間往前進得越快,到黑洞中心點時時間會跑到盡頭,好像你一下子就過到億、兆年後,宇宙結束那時 — 是真正的 the end of time。
如果僥悻逃脫回到地球,地球時間也已經過了百千萬年,端看你當時多靠近黑洞中心,待多久。從此意義上言,你確實活到一般人去不到的未來。
但你的感覺並不會那麼久,還是幾天幾星期幾月那種感覺,身體也並未明顯衰老。有關你的一切還是照你的手錶進行,你的手錶也並未因你走到時間盡頭就必須狂轉幾億、兆圈。 從頭到尾都還是一秒一秒慢慢地走。
黑洞的確匪疑所思。 GolfNut — 無心的邂逅2012/02/08 04:57回覆
2樓. OldMan - 風景線
2012/02/06 12:39

!!
名大狂,我的球上面都這麼 mark 的。 GolfNut — 無心的邂逅2012/02/06 13:02回覆
1樓. 盹龜雞~ 平菁街 寒櫻滿開
2012/02/05 11:03
重出江湖

呵呵 , 小衲的天文物理 重見江湖啦 !

心裡懷抱些疑問 , 待有朝一日 良宸吉時 , 得遇到高人 一一拆解, 不亦快哉, 人生一樂也  !  祝 早日收到好回音 !

久不上課, 之前好不容易存下的粗淺印象,早已忘光光 . 非常感謝又給我們複習一次.

盹姊何以“撥亂反正,蓄勢待發”?要出征了呀?
這位年輕聰明的女科學家原是我們以前在臺時認識的某報社社長,後任監察委員之愛女,乃父是大學教授。真是江山代有才人出啊! GolfNut — 無心的邂逅2012/02/05 11:59回覆
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