當(dāng)我們仰望星空，總有一種想去暢游宇宙的沖動(dòng)。在數(shù)千年以前，人類的先行者與我們一樣，也有著一個(gè)暢游宇宙的夢(mèng)想，腦海中的“時(shí)空觀念”在不斷地顛覆與重建。
這到底是怎么回事呢？還得從史詩級(jí)巨著《幾何原本》說起。
《幾何原本》是古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里得創(chuàng)作的一部數(shù)學(xué)著作，成書于公元前300年左右。
用定義提出了點(diǎn)、線、面、圓和平行線的原始概念，提出了5個(gè)公設(shè)。
《幾何原本》開創(chuàng)了用“公理演繹”建立數(shù)學(xué)體系的先河，將此前的零散的幾何現(xiàn)象構(gòu)成了完整的邏輯體系。
明代數(shù)學(xué)家徐光啟對(duì)《幾何原本》給予了極高的評(píng)價(jià)：“每一個(gè)人都應(yīng)該學(xué)習(xí)幾何原本，如果能精通它，那么這個(gè)世界上的所有學(xué)問，沒有不能精通的?！?/p>
在《幾何原本》中，第一至四條公設(shè)被認(rèn)為是確切的，但是第五公設(shè)卻令人感到困惑，因?yàn)樗雌饋砀褚粋€(gè)“定理”，而不像是一個(gè)不證自明的“公設(shè)”。
從古希臘時(shí)代到近代，許多數(shù)學(xué)家嘗試用第一至四公設(shè)來證明第五公設(shè)，都以失敗告終。
在這漫長(zhǎng)的歲月中，數(shù)學(xué)家們付出了巨大努力不但沒有成功地將第五公設(shè)降級(jí)為定理，反而催生出了一種嶄新的幾何學(xué)體系——非歐幾何學(xué)。
在這種“非歐幾何”體系中， 最著名的是羅巴切夫斯基的“雙曲幾何”和黎曼的“橢圓幾何”。
在“羅氏幾何”中，“三角形內(nèi)角和”小于180度。而在“黎曼幾何”中，“三角形的內(nèi)角和”大于180度。
至此，“歐氏幾何”完成了幾何“非歐化”的華麗轉(zhuǎn)身，在人類頭腦中長(zhǎng)期以來形成的“平直空間”第一次被顛覆。
在“非歐幾何”誕生之前的牛頓時(shí)代，“幾何原本”所構(gòu)造的“平直空間”已在人們的觀念中根深蒂固。
牛頓不但完全仿照《幾何原本》的“公理化體系”架構(gòu)完成了另一部史詩級(jí)巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的寫作，他所描述的空間也是“幾何原本”所構(gòu)造的“平直空間”，屬于經(jīng)典的“絕對(duì)時(shí)空觀”。
“絕對(duì)時(shí)空觀”認(rèn)為，時(shí)間與空間的自身特性與“外在事物”無關(guān)。
空間處處均勻，永不移動(dòng)。
而時(shí)間獨(dú)立于空間，且單向均勻地流逝。
愛因斯坦的“狹義相對(duì)論”問世，其所創(chuàng)建的“時(shí)空觀”雖然依然基于“歐氏幾何”的“平直空間”，但是與牛頓的“絕對(duì)時(shí)空觀”已經(jīng)有了顯著的區(qū)別。
在牛頓的“絕對(duì)時(shí)空觀”中，時(shí)間與空間是“絕對(duì)”的，與觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，并且時(shí)間與空間是相互獨(dú)立的 。
而在“狹義相對(duì)論”中，愛因斯坦否定了這個(gè)觀點(diǎn)。他認(rèn)為時(shí)間與空間是相對(duì)的，在慣性系變換下，它們都可能改變。
而且，時(shí)間與空間是不可分割的整體，它們一起構(gòu)成的“時(shí)空間隔”在慣性系變換下是不變的。
然而，雖然“狹義相對(duì)論”對(duì)牛頓的“絕對(duì)時(shí)空觀”有所改進(jìn)與發(fā)展，但是依然遇到了兩大嚴(yán)重的難題：
一、“慣性系本身”無法被定義。
二、“萬有引力定律”無法納入“狹義相對(duì)論”的框架。
為了解決這兩大難題，愛因斯坦創(chuàng)立了“廣義相對(duì)論”。
“廣義相對(duì)論”最顯著的特點(diǎn)是把“引力場(chǎng)”等效成“時(shí)空的彎曲"，而這一靈感，直接來源于“非歐幾何”。
“廣義相對(duì)論”認(rèn)為，在“任意參考系”內(nèi)存在引力，引力引起“時(shí)空彎曲”。
這種完全區(qū)別于“歐氏幾何”的“時(shí)空彎曲”，只有“非歐幾何”中的“黎曼空間”最為合適。
而造成“非歐幾何”中“空間”不平坦的根本原因是引力所造成的結(jié)果。
至此，“相對(duì)論”對(duì)人們的“時(shí)空觀念”再一次造成了顛覆。
然而在今天，時(shí)空觀念的顛覆仍然在繼續(xù)。
隨著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，在今天，“量子力學(xué)”與“廣義相對(duì)論”構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。
然而這兩大支柱之間，有著不可調(diào)和的矛盾：它們的基礎(chǔ)框架在根本上是不兼容的。
“廣義相對(duì)論”所描述的宏觀世界是“確定”的，而量子力學(xué)所描述的微觀世界是“不確定的”。
在黑洞中心和宇宙爆炸的“奇點(diǎn)”處，廣義相對(duì)論認(rèn)為，物質(zhì)落入黑洞后，其信息對(duì)于外部宇宙而言就永遠(yuǎn)消失了。
但是，“量子力學(xué)”認(rèn)為信息是守恒的，不可能被徹底摧毀。
所以問題來了，信息到底是被摧毀了還是被保留了？這給科學(xué)家們帶來了難以解決的困惑。
雖然現(xiàn)代大多數(shù)觀點(diǎn)更傾向于信息會(huì)被保留，但缺乏一個(gè)有力的“量子引力理論”來解釋這一切。
總的來說，“量子力學(xué)”與“廣義相對(duì)論”的矛盾是關(guān)于時(shí)空本質(zhì)的根本性沖突，為了解決這一難題，人們發(fā)明了“弦理論”。
然而，“弦理論”以及更高形式的“超弦理論”所需要的時(shí)空模型在使用現(xiàn)有的“歐氏空間”或“非歐空間”時(shí)，遇到了困難。
這個(gè)困難主要體現(xiàn)在，當(dāng)“超弦理論”試圖統(tǒng)一量子力學(xué)與廣義相對(duì)論時(shí)，需要存在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的“時(shí)空背景”。
這個(gè)預(yù)設(shè)的“時(shí)空背景”是如何起源的？
人們雖然至今無法回答這個(gè)問題，但是人們卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)幾乎為“超弦理論”量身打造的“空間模型”——“卡丘空間”。
“卡丘空間”描述的是一個(gè)蜷縮的“六維空間”模型。
這一數(shù)學(xué)成果為“超弦理論”提供了關(guān)鍵的空間模型，解決了粒子物理中“真空矢量場(chǎng)物質(zhì)質(zhì)量為零”的一些困難，證實(shí)了“封閉無物質(zhì)場(chǎng)”中“引力波動(dòng)量”的存在性。
其推導(dǎo)的“波動(dòng)量方程”揭示了“矢量場(chǎng)能量動(dòng)態(tài)特征”。
目前已發(fā)現(xiàn)的25種“卡丘空間”的構(gòu)造，均滿足“超弦理論”的需求。
以“卡丘空間”為時(shí)空背景的“超弦理論”，是目前被認(rèn)為最有希望統(tǒng)一“量子力學(xué)”與“廣義相對(duì)論”的前沿理論。
至此，人類腦海中的“時(shí)空觀念”再次被顛覆。
隨著人類科技的發(fā)展，或許將來人類可以實(shí)現(xiàn)“星際旅游”的夢(mèng)想。
那么可以想象，現(xiàn)有的“時(shí)間觀念”，將面臨著更為劇烈的顛覆與重建。
