你知道吗--现代科学中的100个问题-第13章
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但是，它是在哪个方向上呢？可以把它分成两个方向：向北三厘米，向东四厘米。如果规定朝北为正，朝南为负；朝东为正，朝西为负，那么，你就能用两个数字来确定这个点了：＋３和＋４。
或许，你可以这样说：这个点离开零点有５厘米远，并且与东西方向成３６．８７°的夹角。这时还是需要两个数字：５和３６．８７°。无论你怎么干，总得有两个数字，才能在平面上确定一个点。因此，平面或平面的任意一部分都是二维的。
现在，假设有一个象房间内部那样的空间。一个固定点Ｘ可以这样确定：它在某个零点以北５厘米，以东２厘米，以上１５厘米。你也可以用一个长度数字和两个角度数字来确定这个位置。不过，无论用什么方法，都需要有三个数字，才能确定房间里（或者是宇宙里）一个点的位置。
因此，房间也好，宇宙也好，都是三维的。
假设有这样一种空间，要想确定其中的某个确定的点，必须用四个（或是五个，或者是十八个）数字才行，那么，它就是一个四维的（或五维的，或十八维的）空间。在我们这个普通的宇宙里，并不存在这样的空间，但是，数学家却能够想象出这种“超空间”，并且还能推断出这种空间里的数学图形会具有什么性质。他们甚至还研究出在任意维空间中的数学图形所具有的性质。这就是“ｎ维几何学”。
但是，如果我们所研究的不是固定的点，而是位置随时间而变化的点，又该怎么办呢？如果你打算确定的是在房间里飞着的一只蚊子，那么，就需要给出三个普通的数字：南－北、东－西、还有上－下。接着你还得给出第四个数字来表示时间。因为这只蚊子只在某个瞬间才会位于空间的某个位置，你必须把这个瞬间也判断出来。
宇宙间的任何事物都是如此。我们占有空间——它是三维的；此外，一定还要加上时间，才能得到一个四维的“时空”。不过，对时间和其他三个“空间维”不能同样看待，在某些关键的方程组中，三个空间维带有正号，而时间维则必须带有负号。
因此，我们一定不要说时间是第四个维，而只能说时间是某个第四维，而且它与其他三维不同。
第42节
当你第一次在爱因斯坦的相对论里见到“弯曲空间”这个字眼时，恐怕是会感到困惑的，真空怎么能是弯曲的呢？你怎样能使它弯曲起来呢？
为了弄明白这是怎么一回事，先让我们这样想象：在一艘宇宙飞船里，有人在仔细观察附近的一颗行星。这颗行星的表面完全被深深的海洋覆盖着，因此有着象台球那样的光滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿赤道线朝正东方向行驶着。
现在再进一步设想一下，这位观察者根本看不见这颗行星，而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路线时，他会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己的出发点，从而描绘出一个完整的圆周。
如果这条船改变路线，航道就会变得弯弯折折的，不再是个简单的圆周。但是，不管它怎么改道，无论它怎么行进，它的航线总是在一个球面上。^米^花^书^库^ ；http：//__
根据所有这些事实，这位观察者可能会推断出，这条船被束缚在一个看不见的球体的表面上，而束缚它的力正是指向球体中心的重力。要不，他就可能会认为，这条船被限制在一块特殊的空间里面。这块空间是弯曲的，而且弯曲成一个球形，从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说，我们必须在一个力和一种空间几何形态之间作出选择。
你大概会认为这是一种想象出来的局面，但实际上并非如此。地球这颗行星是沿着椭圆路线绕着太阳运行的，正象一条船在某个看不见的曲面上行驶一样。至于这条椭圆路线，我们是假设太阳和地球之间有一种引力来解释的，正是这种引力使地球保持在它的轨道上。
不过，我们也可以从空间几何形态来考虑问题。我们不是通过观察空间本身——空间是看不见的——而是通过考察物体在这种空间里的运动方式，来确定这种空间的几何形态。如果空间是“平坦的”，各种物体就会走直线从这个空间中通过，如果空间是“弯曲的”，各种物体就会走出弯曲的路线来。
一个具有确定质量和速度的物体，如果在离开其他质量都很远的地方运动，那么，它的路径真的可以说是一条直线。而当它走近另一个质量的时候，它的路径就会变得越来越弯曲，显然，是质量把空间弯曲了。质量越大，离质量越近，空间弯曲的曲率就越大。
把万有引力看作是一个力，看来要比用空间几何形态去解释它方便得多，也自然得多。但是，如果在考虑光的行进时，情形就会颠倒过来。按照比较旧的观点，光是不受重力影响的，因为它没有质量。然而，当光在弯曲空间里穿过时，它的路径也会弯曲起来。把光的速度考虑进来，它在太阳这个巨大质量的附近经过时路径的弯曲就能计算出来了。
１９１９年，爱因斯坦的这一理论（发表于三年之前）在一次日蚀期间受到了检验，人们把太阳位于空间某处时靠近太阳的某些恒星的位置，与太阳不在此处时这些恒星的位置进行了比较。结果，爱因斯坦的理论站住脚了。用弯曲空间来讨论万有引力，看来要比用力学术语更为精确。
不过，我们还应该提一下，１９６７年，人们对太阳的形状所进行的精密测量，发现爱因斯坦的引力理论出了问题，今后将会发生些什么情况？还得等着瞧。
第43节
每一种亚原子粒子都会产生下列四种不同作用中的一种或几种。这四种作用是：引力作用、电磁作用、弱相互作用和强相互作用。每一种作用都从它的发源处散播出来，成为一种“场”，而且在理论上是弥散在整个宇宙之中的。大量粒子所产生的同一种场可以叠加起来，产生极其强大的合成场。因此，尽管引力场是这四种场里最弱的一种，太阳——由大量粒子构成的物体——的引力场却是很强大的。
位于这样一种场中的两个粒子将被场所推动，或者互相靠近，或者互相离开，这要看粒子与场的本性是怎样的，粒子的加速度则取决于这两个粒子之间的距离。这种加速度往往又被解释成是“力”所引起的，所以我们就要谈到“力场”。从这种意义上说，场的确是存在的。％米％花％书％库％ ；http：//www。7mihua。com
不过，我们所知道的力场总是有物质作为它们的起源；一旦物质没有了，力场也不复存在了。但在科学幻想小说中，总有某些无需物质存在的强大力场被想象了出来。因此就会出现那么一段真空，它对粒子和辐射能起到阻拦作用，正好象这段真空竟是一块两米厚的钢块一样。真空里会出现各种原子间的作用力，但却根本不存在产生这些力的原子。这种“无物质力场”作为一种科学幻想的手法倒是颇为方便的，但是，老天在上，根据我们今天所掌握的科学知识来看，这种手段是太缺乏依据了。
“超空间”是科学幻想作品中的又一个挺方便的手法，这是作者用来绕过光速这个障碍的。
为了弄清楚这是怎么一回事，设想有平摊开来的很大的一张纸，纸上面有相距六米的两个点，再设想有一只行动极缓慢的蜗牛，它一小时只能走一米，显然，它要用六个小时才能从一个点走到另一个点。
不过，如果我们把这个两维的纸片在第三个维上弯曲一下，就会使这两个点靠近起来。如果这时这两个点只相隔一毫米，而且不知怎么一来，那只蜗牛也能跨越过这两个点之间的空间，那么，只消几秒钟，它就能从一个点到达另一个点了。
现在可以来类比一下：如果有两颗恒星彼此相距五十光年。那么，一艘飞船以最大的速度——光速——飞行，从一颗恒星飞到另一颗恒星，也得花五十年的时间（从这两颗恒星中的任意一颗上来看），这会产生许多麻烦事来。因此，科学幻想小说家想出一个使情节简化的法子：他们假设具有三维结构的空间能够在第四个空间维上弯一下，这一来，两个恒星间就只有一个很小的四维距离了，于是，飞船就会越过这个小间隙，只用很短的一点时间，就从一颗恒星跑到了另一颗恒星。
数学家经常说起与３维物体类似的四维物体，只是在前面加了一个“超”字。一个表面距中心在四维上等远的物体叫做“超球”。同样，还有所谓“超正四面体”、“超立方体”和“超椭球”。使用这套表达方法，我们就能把两颗恒星间的四维距离叫做“超空间”。
不过，无论这种超空间对科学幻想小说家是多么方便，据我们所知，科学现实中并不存在这个东西，它只是一种数学上的抽象而已。
第44节
强度随距离平方而减小的场有两种：电磁场和引力场。这种减小是比较缓慢的，因此，即使在很远的地方，也能发现这两种场的存在。地球离开太阳有一亿五千万公里远，但仍被太阳的引力场紧紧地抓住不放。
但是，在这两种场当中，引力场又比电磁场弱得多。一个电子所产生的电磁场要比它所产生的引力场大约强四百亿亿亿亿亿倍。
当然，引力场似乎是挺强大的，每一次我们从高处跌落下来时，都会痛苦地体验到这一点。但这只是地球太大了的缘故。地球的每个小块都对引力场有所贡献，结果，总的引力场就变得很可观了。
然而，如果我们拿出一亿个电子（这个数量是太微不足道了，如果把它们集中到一点上，那么，即使用显微镜也无法看到它们），并让它们散布在地球那么大的空间里。这时，这些电子所产生的电磁场，就会和整个巨大的地球所建立的引力场一样强大。
为什么我们对电磁场的感觉不象对引力场那样明显呢？
这是由于它们有一点不同的缘故，电荷有两种，分别叫做正电荷与负电荷，因此，电磁场既可产生吸引作用（在正电荷与负电荷之间），也可产生排斥作用（在两个正电荷或两个负电荷之间）。事实上，如果在象地球那么大的体积内除了一亿个电子之外别无他物的话，这些电子就会互相排斥，远远地散布开来。
由于电磁吸引力和排斥力的作用，会使正电荷与负电荷均匀地混和起来，这样，两种电荷的效应就趋于互相抵消。至于电荷数目的极其微小的差别，则是有可能存在的。我们所研究的正是这种多了一点或少了一点某种电荷时的电磁场。
然而，引力场看来仅仅产生吸引力。每一种具有质量的物体都会吸引其他具有质量的物体，而当质量增加时，引力场也会增大，它们是不会抵消的。
如果某个具有质量的物体，能够排斥另一个具有质量的物体——其强度和排斥方式正好与一般情况下它们互相吸引时一�
