盘点物理学九大未解之谜：宇宙终极命运如何？(2)

　　宇宙的终极命运如何？

　　宇宙的终极命运主要仰赖一个未知的因子： Ω，这是用于测量整个宇宙中的物质和能量的密度的值。

　　如果Ω大于1，那么宇宙中的时空就会像一个巨大球体的表面一样“关闭”。如果没有暗能量“作祟”，这样的宇宙最终会停止膨胀，并朝相反的方向运动，那就是开始萎缩，最终在一个名为“大坍塌”的事件中灰飞烟灭。如果宇宙是“关闭”的，而且也存在暗能量，那么球星宇宙将永远膨胀下去。

　　相反，如果Ω小于1，那么宇宙时空将像马鞍形那样“敞开”。在这种情况下，其最终命运将是“大凝固”(Big Freeze)之后的“大解体”：首先宇宙不断向外膨胀，星系和恒星将被撕裂，所有物质成为极寒冷的孤零零的碎片。接下来这种加速会变得非常强烈，足以让将原子紧紧结合在一起的作用力溃不成军，万事万物最终都将被掰开。

　　如果Ω等于1，宇宙是平的，那么它会像个无限的水平面一样朝各个方向延伸。如果没有暗能量，这样的一个平面宇宙将永远延伸下去，但延伸的速度会不断降低，最终接近静止状态。如果存在暗能量，那么这个平面宇宙最终将经历像脱缰的野马一样的膨胀，最终导致“大解体”(Big Rip)。

　　测量如何让量子波函数塌缩？

　　在电子、光子和其他基本粒子组成的奇妙国度里，量子力学就是统辖一切的“国王”。粒子的行为不同于小球，而是像波一样在很大的范围内传播。科学家们用一个“波函数”或者概率分布来描述一个粒子。这一函数主要描述的是粒子的位置、速度以及有些属性更有可能是什么，而非这些属性就是什么。

　　在通过实验对粒子的属性进行测量之前，粒子所有的属性(比如粒子的位置)实际上都有一个范围值，但是在测量之后，粒子的波函数就“塌缩”了，仅仅采用一个位置。

　　那对一个粒子进行测量如何以及为什么会使其波函数塌缩，从而产生一个我们觉察到其存在的具体现实呢？这个测量问题似乎是个难解之谜。但这个谜题的答案是我们理解什么是现实，或者是否真的存在现实这些问题的“钥匙”。

　　弦理论是否正确？

　　弦理论的创建者为美国著名物理学家迈克尔·格林，目前他接替英国著名科学家史蒂芬·威廉·霍金的位置，接任了世上最为驰名的学术职位——“卢卡斯数学讲席教授”。

　　弦理论告诉我们，宇宙由弦组成。弦理论的基础很简单，但却能得出令人难以置信的结论。格林认为：“宇宙中最基本的粒子，不是点状的物体，而是像弦一样的物体。”与包含7种基本粒子的标准模型不同，弦理论认为，宇宙间的万事万物都由一条极小的环形弦构成。格林解释道：“弦与点最大的区别，就是它能够振动。不同模式的振动，可以看成不同的音符，也可以看成是不同类型的基本粒子。这是一个非常有趣且充满诗意的解释。”

　　这是一个精妙绝伦的想法，每拨一次弦都会奏出一颗不同的粒子。弦理论使物理学家们能让统辖粒子运动规律的量子力学和统辖空间—时间规律的广义相对论“和平共处”，而且能将自然界中四个基本的作用力统一成一个架构。

　　但是仍有一两个问题。首先这些弦太小了，从未有人看到过什么物质有一点点像弦。另外，弦理论仅仅在拥有10维或11维的宇宙中才起作用，这样的宇宙包含有三个大的空间维度、6个或者7个紧凑的空间维度以及一个时间维度。然而，这种紧凑的空间维度以及不断波动的弦本身的大小仅为一个原子核大小的1021分之一。目前，没有办法来探测这么微小的事物，所以，也没有可知的方式来通过实验证实或者证伪弦理论。

　　如果弦理论是正确的，那么弦将成为宇宙中最小的物体。问题是一旦我们能够探索到这么小的尺度，那我们固有的关于小和大的概念，也许会完全颠倒过来。格林说：“当你探测到弦这么小的尺度，整个宇宙就尽在你的掌控之中，因为宇宙也是从这样的大小开始，演化成我们今天所看到的样子。所以这个你认为是最小的部分，可能实际上包含了万事万物。你可以说它是宇宙中最小的物质，也可以放心大胆地说，它就是整个宇宙。”

　　混乱中是否存在有序？

　　纳维—斯托克斯方程(Navier-Stoke equation)是一组描述像液体和空气这样的流体物质的方程，它们是一组非常有用的方程，因为它们描述了大量对学术和经济有用的现象的物理过程，可以用于模拟天气、洋流、管道中的水流、星系中恒星的运动、翼型周围的气流；也可以用于飞行器和车辆的设计、血液循环的研究、电站的设计、污染效应的分析等等。

　　但现在物理学家们仍然无法正确地理解这套方程式。实际上，我们现在仍然不知道，纳维—斯托克斯方程是否真的存在一套通用解。如果存在一个解，其是描述了任何流体的属性还是包含一些我们仍不了解的名为“奇点”的点。如此看来，混乱的“性格”并不那么容易捉摸。

　　物理学家们和数学家们都想知道，天气是仅仅难以预测还是根本就不可能预测？另外，虽然湍流是日常经验中就可以遇到的，但这类问题极难求解，有鉴于此，2000年5月，美国克雷数学研究所设立了一个100万美元的大奖，奖给对理解这一现象的数学理论做出实质性贡献的人。(记者 刘 霞)