根据旋量理论得出的这一分析结构是可见的。这一结构是希腊字母Xi的转换,它可以通过希腊字母Xi上部分的弯曲方向在三个空间中移动。扭曲的平面代表的是波算子。一个波算子和一个希腊字母Xi转换按任何规则相乘结果均为零。图片来源:埃林·斯巴林
据physorg网2007年4月17日报道,匹兹堡大学数学家乔治.斯巴林在其最近的一次研究中对毕达哥拉斯时代提出的一个目前仍在困扰科学家的基本难题进行了研究:空间和时间的本质是什么?在对各种观点进行分析后,斯巴林提出了另外一个观点:空间时间可能具有6维性,另外2维具有类时性。
斯巴林研究论文发表在了英国皇家学会会报A辑上。该论文阐述了他这一理论的基础。他对空间维度如何包含正号(比如,毕达哥拉斯三维空间是被表达为三个方向X,Y和Z之间间隔的全部空间)。另一方面,闵可夫斯基的类时维度则在时间转移空间中包含了这三维,时间转移空间包含了全部负号。斯巴林解释道,“在这三维中,公式为s2 = x2 + y2 + z2。我们标准的空间时间是有四维的,但是该公式具有一个重要的负号:s2 = x2 + y2 + z2 - t2。立陶宛人赫尔曼.闵可夫斯基提出了这一观点,他的观点在其死前六周发表。罗杰.彭罗斯称空间相对性在闵可夫斯基著名的空间时间论文发表前并不是一个完整的理论。”
斯巴林称,直到现在大多数关于额外维度的理论都是按类空间而不是类时间维来处理的,结果就产生了一个“双曲线”而不是“超双曲线”几何学。然而,斯巴林写道,他没有对双曲线几何学进行优先辩论,他对物理学中的“旋量”理论进行了研究,“旋量”理论认为空间时间本身具有6维度。他说,“在通常的维度中,如果在S2公式中只有一个负号,我们就将空间时间称之为双曲线。例如,在超弦理论中有10维度,9个空间维度为加号,1个为减号。只有在这种情况之下未来和过去才有明显的区别。在我的研究中,我得出这样一个结论,普通的四维空间时间自然延伸为6维度:通常四维空间为双曲线,但是在空间周围具有三个等量空间和时间维度,S2公式类似于s2 = x2 + y2 + z2 - t2 - u2 - v2,其中的U和V代表了新的时间变量。我将这种结构称之为(3,3)结构(数学家称之为超双曲线)。”
空间时间是旋量
斯巴林旋量理论是基于爱因斯坦的相对论和埃利.卡尔丹的三重对称性概念,这两种理论可以将空间时间与两个磁扭线空间联系起来。磁扭线空间是一种数学空间,用于理解空间时间领域中的几何物体。斯巴林对旋量进行了以下阐述:“在物理学中,旋量理念源于原子光谱线表现类似于粒子辐射光子的角动量是半整数量子旋转(其大小由普朗克恒量决定)的研究。这完全可以用迪拉克著名电子理论进行解释,该理论使迪拉克成功地预测了正电子的存在。”
一些旋量粒子包括了电子、μ介子、τ介子、质子、中子、夸克、微中子及这些粒子的所有反粒子,这些旋量粒子被称之为费密子,具有半整数旋转特性。同样也存在非旋量粒子,我们将之称之为玻色子,比如光子、引力子、π介子、介子、W和Z玻色子及希格斯介子等等,这些非旋量粒子具有整数旋转特性。
旋量和非旋量之间的关键区别在于它们在旋转中的表现:具有代表性的是,非旋量(整数旋转)粒子在一个360度的旋转后会回复他们最初值;然而,实际上旋量(半整数旋转)费密子在360度旋转后会改变符号,只有进行一个完整的720度旋转后才会回复其最初值。这与我们有关旋转的理论是完全不同的,但是却是实现世界中的一个基础部分。
磁扭线是首先由彭罗斯引入的一种特殊旋量(斯巴林是彭罗斯的博士生)。在斯巴林的理论中,两个磁扭线空间均具有6维,这迫使空间时间也具有6维,这与卡尔丹所统一的三重对称性理论相一致。因为磁扭线空间的几何学是超双曲线,因此额外维度是类时间的。
斯巴林说,“我研究发现三个6维空间在一个水平面中具有同样的起点,都是通过一种新转换结合在一起,我将此称之为Xi转换。三个6维空间中的2个空间在空间时间水平面缠绕在一起。第3个6维空间可对空间时间进行解释,但是只有在假设我们有2个额外维度的前提下才能解释:因此这就要求旋量空间和空间时间之间是对称,如果对称那么额外维度就存在。”
完美和谐
斯巴林解释道,虽然以前的研究提出磁扭线理论和旋量理论是可以取代空间时间的,但是他的新理论稍微有一点不同,因为他的理论并不能完全取代空间时间。相反,他的理论的指导方针是三个实体的和谐统一,或者称之为“三位一体”。该理论的每一部分都是其它部分的补充。他说,“如果某人接受我理论中提出的三个空间(空间时间和两个磁扭线空间),并找到一个能使这三个空间统一的理论,那将是非常‘完美’的。有一种说法就是这一理论可能将来源于约旦代数学。约旦代数学自然地将三个空间统一为二十七维整体,这称之为超乎寻常的约旦代数学。”斯巴林的学生菲利普.提尔曼和以前的学生达纳.米黑、迪维德拉.卡帕迪阿和苏瑞斯.马兰在此项研究中扮演了重要的角色。
斯巴林补充道,“另一个方向就是无质量粒子的两种完全不同描述,比如光子:利用傅立叶对空间时间分析标准和使用磁扭线理论与层上同调标准。数学形式主义者们利用这两种不同的描述对同样基础性的物理学进行描述所得出的结论差异是如此之大,这非常令人惊异。和谐完美理论将对此做出解释。这需要结合磁扭线理论、空间时间理论和弦理论,然而这三种理论的结合具有很大的不确定性。非常有趣的是牛顿对三位一体观念(在一篇宗教文章之中)进行强烈的驳斥。具有讽刺意味的是,我正从重力文章中调用相同的观点:可能牛顿注意到这一概念可以用于物理学中,但是他可能并不关心他所强烈反对的这种应用(当然,我没有证据证明这一点)。”
斯巴林称,尽管这一理念是并不确定,但是目前物理学中的几个重要概念可能扮演着重要的角色(比如,凝聚态物理学、范畴理论、非交换几何学、弦理论和超流体结构)。这些联系可能同样也为统一理念指明了方向,尽管目前还只是一种推测。
斯巴林说,“我的研究工作可以被视为是对现代基础物理学悲观情绪的一种矫正。众所周知,弦理论因缺乏可预测性而备受批评。比如,弦理论学者们已经减少了对人类法则的过度依赖。在此我提出一个与大众知识相背的明确预测,这一预测将实验者确定目标:首先找到额外维度,然后确定他们的特征(一项非常艰巨的任务)。当然我的预测可能是错误的,但是为了确定这一预测的对错而作出的努力却毫无疑问是非常有价值的。事实上,在哲学领域,我是反对弦理论的。弦理论是一种自上而下的理论:幻想处于一些高维中的东西,然后试图通过隐藏剪切的方式使其适合更低维理论。我的方法是自下而上的:严格按照现有四维理论,然后试图以此为基础构建新的理论。这是一件非常困难的工作。但是我的观念是非常有希望的。我的研究工作仅仅是构建一个更加具有包容性理论的开始。”
斯巴林继续对空间时间6维类时间旋量理论进行研究,他的研究在加拿大班夫国际研究站(BIRS)举办的一个研讨会上得到了支持。包括哲学家亚历山大.阿夫瑞尔特、史蒂夫.阿沃迪、乔纳森.贝恩和丽塔.玛丽迦.马利库尼特.莫库斯为他提出了建议。他预测不久的将来实验研究,比如大型强子对撞机可能会揭开额外维度的秘密。
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