宇宙和生命-第2部分

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前还无法解释新粒子质量与理论预言的偏差。如果结论被证实，意味着现在的夸克理论存在重大的缺陷。

　　科学家们发现处于“量子缠绕态”（quantum　entanglement）　的两个光子可以通过金属片而不失去这种联系。这一发现意味着粒子间的这种量子联系比科学家们原先认为的要稳定。这一发现已发表在《自然》杂志2002年7月出版的418卷上。“量子缠绕态”是至今还不能被科学家们很好解释的存在于微观粒子的一种奇特的联系。在量子力学研究中，科学家们发现原来处于同一系统的微观粒子在分开后，无论它们相距多远，仍然保持一种瞬时的联系，一个粒子状态的改变可以瞬时地使另外粒子的状态发生相应的改变，这种奇异状态被称为量子缠绕态。这种现象最早由物理学家爱因斯坦等提出。

　　1935年，爱因斯坦在与玻尔（Niles　Boher）关于量子力学完备性的争论中，与两个同事一起提出了这种量子缠绕现象。他们并不相信这种现象真的存在，他们提出这一现象是想以它作为量子力学的不完备的证据，因为它直接违反了物理学中“定域性”和爱因斯坦的“狭义相对论”。但几十年以后科学家们在实验上真的发现了这种现象。　科学家们原以为粒子的这种量子缠绕会因为它们与其它物质的相互作用而被破坏掉。但荷兰雷登（leiden）大学科学家厄尔文·；阿尔特维切尔（Erwin　Altewischer）研究组发现这种观点不正确。他们用一块单晶把光子分成一对能量较低的极化互相缠绕的光子，然后他们把这些光子打在厚度足以挡住光子的金箔上。在这些金箔上面布满很多直径为200纳米（一纳米等于10亿分之一米）的小孔，虽然因为这些小孔太小光子无法直接通过，但他们发现光子在金箔表面产生的一种被称为等离激元（plasmon）的表面电子波可以穿过金箔上的小孔并在金箔的另一面湮灭而发射出光子。他们对打到金箔以后的光子进行的测量表明，无论是一个光子还是两个光子同时被转化成等离激元，经过这一过程后的这些光子仍然处于量子缠绕态。　

　　阿尔特维切尔认为光子的量子缠绕在光子被转化成等离激元以后还能保持，这一发现可能被用于开发一种新型的量子计算机或量子编码系统。　“这是一个好兆头，因为它表明量子缠绕在我们原先以为它不能保持的一些过程可以继续被保存，”厄克色特尔（Exeter）大学光子学（photonics）　专家比尔巴尔内斯说，“如果他们在这一过程中能保持，那么它能在另外的什么过程中可以保持吗？”　

　　对量子缠绕现象的本质目前科学家们仍然没有什么线索。量子力学的多世界理论倒是可以解释这种现象：多世界理论认为粒子同时存在于很多个不同的世界中。在我们这个物质空间中相距遥远的粒子，在另外的空间中可能近在咫尺，所以对一个粒子的扰动，另外粒子可能会即时受到影响。无论这种量子缠绕的本质是什么，有一点是肯定的，这就是现代科学对物质之间联系的认识还很不全面。这种联系可能不仅存在于微观世界，也存在于宏观世界。中国古人可以利用天象的变化预测人事的变迁，而这种天象发生的地点离我们地球可以非常遥远，可能就是对这种联系的认识和运用。这些联系对现代科学来说现在仍然是个迷。　

　　美国国家航空航天局（NASA）喷气动力实验室的科学家发现神秘的量子缠绕态与观察者相对于微观粒子的运动有关，这种量子缠绕可以由观察者的相对运动来产生或者破坏掉。这一发现已经发表在2002年12月号的《物理评论快报》上。　“量子缠绕”是科学家们在微观粒子世界中发现的一种神秘的现象。处于量子缠绕态的粒子，相互之间似乎“心有灵犀”，无论相距多远，对其中一个粒子的干扰会瞬时地影响到量子缠绕态中的其它粒子，也就是说这种关联的传播好像不需要时间。这显然违反了爱因斯坦的狭义相对论“光速不可逾越”的结论，因此当初他从量子力学理论中推导出这一结论时，他并不相信这种现象真的存在，而是试图利用这一结论来证明量子力学的不合理，并称之为“幽灵式”的联系。但是后来的实验证明这种量子缠绕现象的确是存在的，它是目前热门的量子超光速传输研究的基础。　

　　NASA的克利斯托弗。阿达米博士（Christoph　Adami）和罗伯特。金里切（Robert　Gingrich）博士是最先用爱因斯坦的相对论来研究粒子之间的量子缠绕。他们比较了粒子在静止时和被加速时的缠绕程度，发现当通常缠绕的粒子在被加速会失去这种缠绕联系，一些特殊制备的粒子对在被加速时则增加这种缠绕联系程度。　

　　了解一些静止时不缠绕的粒子之间如何仅仅通过运动就可以获得量子缠绕，可能有许多潜在的重要应用。比如，处于缠绕的粒子可以用来校对原子钟，这对于太空飞船的在太空深处的旅行至关重要。另外，量子缠绕在对量子通讯和量子计算都扮演着重要的角色，这一发现对这些领域也会产生重要的影响。　

　　量子缠绕态是迄今科学家们仍然无法圆满解释的一种现象，它暗示事物之间的联系能力也许远远超出现代科学的认识。对其本质的认识可能会使现代科学在一些关键问题上取得重大的突破。　

　　粒子物理始终是理论物理的一个非常活跃的前沿。从夸壳理论的提出到粒子物理发展到今天，人们似乎难以知道夸壳以下究竟是什么。实际上，粒子物理的发展除了受现有观测技术，实验技术的制约外，更主要的是同样受到人们认识观念的制约。打个比方说“如果把一个氢原子放大到地球这么大，那么此时在观测围绕着氢原子运动的电子时会出现什么情况和结果呢？那么此时又用那些物理量来描述电子的运动的特征呢？那么此时　

　　在来研究质子和电子的结构结论又会如何呢？”反之，如果把地球缩小到只有一个乒乓球那么大拿在手中，你可曾想到手掌大的一个小球里面竟生活了几十亿人呢！事实上，是认识的方法和观念上的障碍导致现有粒子物理面临难以回避的挑战和缺陷。其实，岂止是粒子物理，这个现代科学都面临着同样的问题。　

　　在一个中子星　（Neutron　Star）　表面发生28次系列热核爆发（thermonuclear　blast）期间，科学家利用欧洲太空总署（ESA）的XMM牛顿X…线探测卫星对这种神秘的物体进行了许多关键的测量。中子星是由中子直接组成的致密星体。我们眼睛所见的地球上的物质通常是由分子组成，分子由原子组成。和中子相比，分子之间，原子之间以及原子和分子内部都有巨大的空隙，因此和我们日常接触的物体相比，中子星的密度大得惊人。一个典型的中子星的密度约是地球密度的100万亿倍左右，一个火柴盒大小的中子星物质质量高达几十亿吨。　

　　一中子星表面发生系列热核爆发　

　　这次测量到的这个中子星是双星系统EXO　0748…676的一部分，位于飞鱼星座。科学家估计这个中子星质量约为太阳的1。4倍，直径为16公里左右。基恩·；科塔母（Jean　

　　Cottam）博士和他的研究组首次利用光在中子星的极端引力场中穿过其大气层时发生的频率偏移现象（即引力红移）研究了中子的内部结构，首此获得到了这个中子星质量和半径的比率，这一结果发表在《自然》杂志11月7日号期刊上。　

　　科塔母博士说：“只有在中子星发生热核爆发引起其临近区域大放光彩时我们才能测到射出的光与中子星极端引力场相互作用而留下的特征。”　

　　因为光线的引力红移直接决定于中子星的质量和半径，其质量和半径比又决定了其内部物质所遵从的状态方程，所以这类测量对于了解中子星的性质有着非常重要的意义。如果能够得到中子星精确的质量半径比，科学家可以确定中子星内超流体（superfluid）的特性及其相互作用类似于粒子物理学家在粒子加速器中寻找的现象。这次测量得到的结果还首次证明了中子星在自然界中是的确存在的。　

　　中子星位于双星系统EXO　0748…676，属于飞鱼座　

　　“不象太阳的内部结构已经被我们清楚地了解，中子星对人类来说象是一个黑盒子，”论文的合作者，哥伦比亚大学的弗里兹·；培雷尔斯（Frits　Paerels）博士说，“我们在中子星这个黑盒子上开了第一个小孔。现在理论工作者们可以凭着我们提供的数据继续探索。”　

　　更重要的是，论文的另一合作者，荷兰空间研究所的马里亚诺·；门德兹博士（Mariano　Mendez）指出，这一工作开创了利用引力红移研究致密星体的新方法。也许可以利用它来寻找新一类的致密天体，如夸克星等。　

　　现代科学的新发现特别是天体物理学所观测到的现象极大地开拓了我们人类的视野。一些物质如中子星，黑洞等，因为它们都远远超出了人们在日常生活中的经验，在几十年前甚至更近的时间内，人们都曾经怀疑它们的存在，而今天都已经相继被实验观测所证实。人们在日常生活中所固守的一些观念，如看不见，或者现代科学还没认识到就一概加以否认甚至反对，已经一再被证明是不“科学”的。现在科学不能解释，不能观察的一些现象，将来可能是人们的常识。　

　　时空概念的新革命

　　1。3。1　科学家发现隐藏空间维度存在的证据

　　万有引力常数是物理学中除光速外研究得最早的物理常数。然而长期以来，万有引力常数Ｇ却是测量精度最差的一个物理常数。目前两组精确度最高的测量值精度虽达万分之一，但是奇怪的是，这两个数值彼此相差超过实验精度的10倍以上。所以现在人们仍然不知到它到底应该是多少。　

　　据新科学家网站9月22日消息，法国科学家声称在不同地点测量到的万有引力常数Ｇ各不相同，是因为隐藏著的另外空间维度导致万有引力常数受到地球磁场的影响。如果这一结论被证实，将成为证实另外空间维度存在的第一个科学证据。　

　　地磁场与隐藏的维度相互作用示意图　

　　测量万有引力常数的最常用的方法是基于早在300年前英国科学家卡文迪许发明的扭摆法。1982年，一个研究组得到的万有引力常数精度为0。0128％。这一数值看起来很精确，但与其它的物理常数的精度相比却差了足有一千倍。更为奇怪的是，这与最近来自德国、新西兰、俄罗斯的一些很有名的研究组的新测量值存在著显著的差异。例如，德国标准研究所得到的数值比公认值大了0。6％，德国乌培尔达尔大学　（University　of　Wuppertal）　得到的数值却低了0。06％，新西兰计量标准实验室得到的结果低0。1％。俄罗斯一个研究组更发现了万有引力常数值随测量时间地点的变动范围高达0。7％。　

　　位于法国巴黎附近原子能委员会的科学家基恩…泊尔□比勒克（Jean…Paul　Mbelek）　和马克□拉赤责…雷（Marc　

　　Lachieze…Ray）对此提出了他们的解释，他们指出这是因为实验是在不同的地点进行的，不同地点不同的地磁场与隐藏的维度相互作用造成了引力大小常数的不同。　

　　他们研究工作的理论基础是理论物理中的弦论。在提交给《经典和量子引力》杂志的文章和欧洲天文学会在葡萄牙波尔托市的召开的一个会议报告中，他们给出了不同纬度万有引力常数的计算值。计算结果表明，磁场越强，引力常数越大，地球上万有引力常数在南北两磁极达到最大。现有的万有引力常数在不同地点的测量值与他们的结论吻合，对太阳的观测结果也与他们的理论相符。科学家们早就发现要使太阳内部的数学模型符合实验观测，他们不得不采用比公认数值更低的引力常数值。　

　　引力虽然是科学家们研究的最早的相互作用，但它同时也是科学家们了解得最少，长期以来使科学家们最头疼的一种相互作用，它的很多性质与其它相互作用力格格不入，与一些重要的物理理论如量子场论也不相容。最近对宇宙和星系的很多观测表明，引力并不能很好地解释星系和宇宙在大尺度范围的运动。在修炼界，人体起空的现象并不少见，这更是引力理论难以解释的。一些研究膜（Brane）理论的科学家认为引力也许并不是基本的相互作用。也就是说，引力只是一种外在表现，它的实质我们还没找到。　

　　经典物理学认为，宇宙空间是三维的，可以用长、宽、高来描述宇宙中任何一个物体的位置，就像在直角坐标系中可以用（x，y，z）来描述任何