我們繼續(xù)談《三體》中的物理。

《三體》之《死神永生》太陽(yáng)系最后被毀滅，因?yàn)椤吧瘛币粯拥奈拿髦懒颂?yáng)系的坐標(biāo)，給太陽(yáng)系送來(lái)一個(gè)美麗的禮物，透明的，可以隨意進(jìn)入任何物體包括人體的兩維薄片，被劉慈欣冠以一個(gè)詩(shī)意的名字：二向箔。

我們回顧一下二向箔的描寫：

“瓦西里用戴著宇宙服手套的手接觸紙條，手從紙條中穿過(guò)，手套表面完好無(wú)損；瓦西里也沒(méi)有收到任何心靈傳輸?shù)男畔?。他再次把手穿過(guò)紙條，并且停在那里，讓那個(gè)小小的白色平面把手掌分成兩個(gè)部分，仍然沒(méi)有任何感覺(jué)，紙條與手掌接觸的部分呈現(xiàn)出手掌斷面的輪廓線，它顯然沒(méi)有被切斷或弄破，而是完好無(wú)損地穿過(guò)了手掌。瓦西里把手抽回來(lái)，紙片又以原狀懸浮在原位，或者說(shuō)以每秒兩百千米的速度與太空艇一起飛向太陽(yáng)系。”

表面上看，一張無(wú)害的小紙條，只是，貌似與我們太陽(yáng)系中的任何物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)，或相互作用。但不久，這張二向箔的力場(chǎng)被撤除，在它周圍的三維空間開(kāi)始向它跌落，它的邊界以光速向外擴(kuò)張，不論遇到什么，無(wú)一例外地向它跌落，開(kāi)始是太空艇，后來(lái)是星球，地球、火星、木星、土星……。我們看看二維化開(kāi)始的樣子：

“在兩千千米外的二維平面上，二維化的太空艇和監(jiān)視員的人體發(fā)出的光已經(jīng)熄滅，與從四維向三維跌落相比，三維跌落到二維釋放的能量要小許多。兩個(gè)二維體的結(jié)構(gòu)在星光下清晰地顯現(xiàn)出來(lái)：在二維化的太空艇上，可以看到二維展開(kāi)后的三維構(gòu)造，可以分辨出座艙和聚變發(fā)動(dòng)機(jī)等部分，還有座艙中那個(gè)卷曲的人體。在另一個(gè)二維化的人體上，可以清楚地分辨出骨骼和脈絡(luò)，也可以認(rèn)出身體的各個(gè)部位。在二維化的過(guò)程中，三維物體上的每個(gè)點(diǎn)都按照精確的幾何規(guī)則投射到二維平面上，以至于這個(gè)二維體成為原三維太空艇和三維人體的兩張最完整最精確的圖紙，其所有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都在平面上排列出來(lái)，沒(méi)有任何隱藏，但其映射規(guī)程與工程制圖完全不同，從視覺(jué)上很難憑想象復(fù)制原來(lái)的三維形狀。與工程圖紙最大的不同是，二維展開(kāi)是在各個(gè)尺度層面上進(jìn)行的，曾經(jīng)隱藏在三維構(gòu)型中的所有結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)都在二維平面排列出來(lái)，于是也呈現(xiàn)了從四維空間看三維世界時(shí)的無(wú)限細(xì)節(jié)?！?/p>

作為普通人，作為物理學(xué)家，我們問(wèn)，劉慈欣描寫的神奇又可怕的事情是可能的嗎？

我的回答是：可能，但細(xì)節(jié)不敢肯定。

空間二維化，只是將本來(lái)的三維空間逐步吃掉，原來(lái)的三維空間多數(shù)部分不存在了，變成了二維的，其實(shí)這是一個(gè)無(wú)限縮小的過(guò)程。一個(gè)點(diǎn)和一根線段比起來(lái)，長(zhǎng)度為零。一跟線段與一個(gè)平面比起來(lái)，面積為零。同樣，一個(gè)二向箔與任何一個(gè)有限的三維體比起來(lái)，體積為零。

空間被縮小，或者被蠶食的例子我們是常見(jiàn)到的。

例如我們煮水，當(dāng)水的溫度達(dá)到一百度時(shí)，水開(kāi)了。水開(kāi)了是什么意思？有兩個(gè)典型的特征，第一水面有很多水汽上升，第二是很多氣泡沸騰。第二個(gè)特征才是水開(kāi)了的真正特征。水體中不斷產(chǎn)生氣泡，氣泡由于內(nèi)含水汽，比重比液體水輕，不斷上升。如果我們讓水不斷開(kāi)下去，最后水要全部蒸發(fā)。也就是說(shuō)，如果我們將液態(tài)水看成某種“空間”，最后這個(gè)空間沒(méi)了，只剩下飛走的水汽，但水汽不是我們定義的“空間”。

在物理學(xué)上，前面的過(guò)程叫一級(jí)相變。水有三種相：固體，液體，氣體。固體就是冰，液體就是水，氣體就是水汽。在普通的大氣壓下，攝氏一百度是液體水變成氣體水的最低溫度。當(dāng)我們慢慢將溫度升高是，水不是一下子變成水汽的，而是先在水體中產(chǎn)生很小的氣泡，氣泡慢慢變大。在地球的重力場(chǎng)中，由于氣泡比重比水輕，就會(huì)迅速升到水面，產(chǎn)生我們通?？吹降姆序v現(xiàn)象。

如果水不處于重力場(chǎng)中，例如，我們可以想象在空間站上燒水，當(dāng)然為了重復(fù)前面的相變，我們讓水處于一個(gè)大氣壓下。當(dāng)水溫升到一百度時(shí)，水中開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，這些氣泡會(huì)膨脹，越來(lái)越大。由于沒(méi)有重力場(chǎng)，它們不會(huì)升出來(lái)，只會(huì)在水中膨脹，最后，水沒(méi)有了，只剩下水汽。

你看，水做的“空間”就是這么通過(guò)氣泡凝結(jié)、膨脹，逐漸消失的。

物理學(xué)中，我們有一種簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述上面的過(guò)程。例如，我們用密度定義一個(gè)場(chǎng)。這個(gè)場(chǎng)在水相時(shí)取水的密度，在氣相時(shí)取水汽的密度。我們的模型告訴我們，當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)一百度時(shí)，水汽處于能量比較低的點(diǎn)。換句話說(shuō)，這個(gè)場(chǎng)取值小時(shí)，能量比較低。下面是能量圖。

圖中的那個(gè)圓點(diǎn)代表場(chǎng)，即密度。很明顯，現(xiàn)在圓點(diǎn)所處的位置能量比最低的要高。最低的地方就是水汽所在的地方。當(dāng)氣泡形成時(shí)，我們可以想象氣泡內(nèi)這個(gè)場(chǎng)處于最低處，而氣泡外水中的這個(gè)場(chǎng)處于那個(gè)圓點(diǎn)所在的地方。隔離水與水泡有一個(gè)氣泡壁，在這個(gè)壁中，場(chǎng)是連續(xù)變化的，從水汽密度到水的密度。由于變化需要能量，所以壁含有能量，這也是氣泡的張力來(lái)源。但是，由于氣泡內(nèi)能量更低，氣泡傾向于膨脹，它的膨脹速度由水汽與水的能量差所決定，也由壁的張力決定。

好了，前面我們談的是一個(gè)我們常見(jiàn)的例子。我們不熟悉，但其實(shí)與我們息息相關(guān)的另一個(gè)例子就是最近發(fā)現(xiàn)的希格斯粒子，以及與希格斯粒子相關(guān)的希格斯場(chǎng)。

我們所處的空間中，希格斯場(chǎng)也取能量的最低值，有點(diǎn)像水汽。希格斯場(chǎng)在低溫時(shí)的能量圖如下。

右邊是目前我們這個(gè)宇宙中希格斯的能量圖。請(qǐng)忽略圖中的文字，我沒(méi)有時(shí)間自己畫圖所以還沒(méi)有改文字。在右邊這張圖中，那個(gè)球代表希格斯場(chǎng)在每一個(gè)空間點(diǎn)的值，當(dāng)所有空間點(diǎn)上希格斯場(chǎng)取這個(gè)值的時(shí)候，能量最低。這就是我們現(xiàn)在宇宙的狀態(tài)。當(dāng)希格斯場(chǎng)處于這個(gè)狀態(tài)的時(shí)候，基本粒子都變成有質(zhì)量的了，這是另外一個(gè)故事，這里不談。

好了，大爆炸剛開(kāi)始的時(shí)候，希格斯場(chǎng)是怎么樣的呢？其實(shí)，宇宙在大爆炸開(kāi)始時(shí)，溫度很高，隨著時(shí)間的推移，溫度才降下來(lái)。在非常早期的時(shí)候，比如說(shuō)最初的萬(wàn)分之一秒，宇宙的溫度高到足以改變希格斯場(chǎng)的能量圖。此時(shí)，上圖的右邊是不正確的，左邊才是正確的，也就是說(shuō)，當(dāng)希格斯場(chǎng)為零時(shí)，能量最低，那時(shí)整個(gè)宇宙處于這個(gè)狀態(tài)。希格斯場(chǎng)為零時(shí)，所有基本粒子都沒(méi)有質(zhì)量，都以光速運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)宇宙的溫度“逐漸”降低時(shí)（我用“逐漸”是因?yàn)槠鋵?shí)這個(gè)過(guò)程非常短暫），右邊圖才變成現(xiàn)實(shí)，此時(shí)，希格斯場(chǎng)也會(huì)像開(kāi)水中的氣泡一樣，先有一些點(diǎn)上的希格斯場(chǎng)跳到我們現(xiàn)在宇宙中的值，而周圍還處于零值。這些氣泡會(huì)逐漸變大，最后吞并所有宇宙空間。請(qǐng)注意，這些氣泡與沸騰的水氣泡還是有區(qū)別的，就是沒(méi)有明顯的壁，這是因?yàn)橄８袼沟膱D是上面這個(gè)圖，而不是水的那個(gè)圖。如果有壁，壁與壁之間會(huì)碰撞，產(chǎn)生一些非常不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，今天宇宙學(xué)家通過(guò)望遠(yuǎn)鏡沒(méi)有看到這些結(jié)構(gòu)。所以，希格斯泡雖然也像水泡那樣膨脹，但不會(huì)像水泡那樣有明顯的壁。

在高能物理學(xué)中，最先研究真空泡膨脹的，是Coleman，1977年。Coleman發(fā)現(xiàn)，希格斯真空泡的膨脹速度接近光速，當(dāng)真空泡變得越來(lái)越大時(shí)，泡的膨脹速度越來(lái)越接近光速。

談到現(xiàn)在也沒(méi)有談到二向箔，有些讀者肯定著急了。我們現(xiàn)在基本做好了準(zhǔn)備工作，可以談二向箔了。

我們可以這樣想象二向箔。在二向箔中，有一種場(chǎng)，這個(gè)場(chǎng)的能量比較低。當(dāng)我們像《三體》中想象的那樣，用什么東西將二向箔包起來(lái)，它就不會(huì)危害我們的三維空間。

可是，當(dāng)二向箔一旦與三維空間赤裸裸地接觸，它就變得像水中的氣泡那樣，開(kāi)始膨脹起來(lái)，但由于它是二維的，只會(huì)增大面積。

愛(ài)思考的人會(huì)問(wèn)，可是，開(kāi)水中的那個(gè)場(chǎng)處于能量高點(diǎn)，而我們的三維空間在沒(méi)有二向箔的時(shí)候，不也處于能量低點(diǎn)，所以是穩(wěn)定的嗎？要回答這個(gè)問(wèn)題，需要我們展開(kāi)想象。我們可以這樣想，我們?nèi)S空間與二向箔有關(guān)的那個(gè)場(chǎng)本來(lái)確實(shí)處于能量的低點(diǎn)，但這個(gè)低點(diǎn)并不是最低點(diǎn)，雖然也不穩(wěn)定，但我們的真空的壽命足夠長(zhǎng)，比宇宙的壽命還長(zhǎng)。也許過(guò)了更長(zhǎng)的時(shí)候，我們的真空也會(huì)衰變，會(huì)產(chǎn)生氣泡。

現(xiàn)在，二向箔來(lái)了，就像來(lái)了一個(gè)二維能量低點(diǎn)氣泡。它觸發(fā)我們?nèi)S空間的那個(gè)場(chǎng)向能量更低的地方跳。在這個(gè)場(chǎng)跳的同時(shí)，二向箔卻越長(zhǎng)越大。

打住，你的描述有問(wèn)題：如果我們的場(chǎng)向能量更低的地方跳，就像宇宙早期希格斯場(chǎng)那樣跳，只是改變了真空，三維空間怎么變沒(méi)有了呢？

好吧，現(xiàn)在我要講一個(gè)弦論的故事，讓你相信，確實(shí)有這種可能：當(dāng)某個(gè)場(chǎng)向最低的能量的地方跳過(guò)去，空間就變沒(méi)有了！

在弦論中，曾經(jīng)有一個(gè)理論，叫玻色弦論。在這個(gè)理論中，空間有25維！不幸的是，這個(gè)理論是不穩(wěn)定的，也就是說(shuō)，真空中存在一個(gè)場(chǎng)，它的能量圖像希格斯場(chǎng)。但有些不同，如下圖。

在這個(gè)25維空間的弦論中，這個(gè)場(chǎng)處于能量最高點(diǎn)，所以，這個(gè)理論是不穩(wěn)定的。也因此，弦論家將這個(gè)場(chǎng)稱為快子場(chǎng)，它的速度超過(guò)光速。但不要擔(dān)心，這種粒子不會(huì)破壞相對(duì)論，因?yàn)樗坏┏霈F(xiàn)，就出現(xiàn)了真空氣泡，這個(gè)氣泡將以光速膨脹，迅速讓真空衰變。

真空衰變后的產(chǎn)物是什么？目前弦論家們的意見(jiàn)不同。很多人認(rèn)為，氣泡中什么也沒(méi)有，連空間也沒(méi)有！也就是說(shuō)一個(gè)內(nèi)含“無(wú)”的氣泡以接近光速的速度膨脹，迅速吞并25維空間。這個(gè)25維空間盡管是真空，畢竟還是空間，而氣泡內(nèi)連空間也有，有的是無(wú)。“有的是無(wú)”這四個(gè)字有語(yǔ)病。但事實(shí)如此。

我想起海德格爾就虛無(wú)談?wù)摿税胩?，今天我們不在他的那個(gè)層面上談虛無(wú)。我們談物理學(xué)如何定義空間與無(wú)。

在空間中，物體可以運(yùn)動(dòng)。物體有幾個(gè)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立方向，這個(gè)空間就是幾維的。例如一根直線，物體可以左右移動(dòng)，在平面中，物體可以左右和上下移動(dòng)。三維就又多了一個(gè)獨(dú)立方向。

在25維空間的弦論中，真空雖然是不穩(wěn)定的，但弦是可以存在的，弦的各種振動(dòng)模型都可以存在。其實(shí)，使得真空不穩(wěn)定的快子場(chǎng)也是弦的一種模式，最低的模式。只要這些弦可以在25個(gè)獨(dú)立方向移動(dòng)，那么，空間就是存在的。

當(dāng)快子場(chǎng)在空間的區(qū)域向能量更低的地方移動(dòng)時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)快子的“氣泡”形成并膨脹時(shí)，氣泡中弦會(huì)怎么樣？計(jì)算表明，弦的任何狀態(tài)都不能存在。一個(gè)氣泡中物體無(wú)法生存，當(dāng)然這個(gè)氣泡就是無(wú)。請(qǐng)記住空間雖然空，但物體可以在其中存在，而一個(gè)空間中任何物體都不能存在，這個(gè)空間雖然“存在”也等于不存在，就是無(wú)。

所以，在弦論中，25維空間中會(huì)產(chǎn)生氣泡，這些氣泡中含有“無(wú)”。當(dāng)氣泡以光速膨脹時(shí)，“無(wú)”以光速蠶食整個(gè)空間。

這種可怕的現(xiàn)象，Witten在1982年在一個(gè)5維的理論中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這個(gè)4+1=5維的理論中的4維空間其中一維是一個(gè)圓時(shí)，剩下的三維空間是不穩(wěn)定的，一種“無(wú)的氣泡”會(huì)產(chǎn)生并膨脹，最后什么也不會(huì)剩下來(lái)。

回到二向箔。我們可以理解二向箔的情況了。當(dāng)二向箔出現(xiàn)時(shí)，誘導(dǎo)了本來(lái)就不穩(wěn)定的三維空間的某種快子場(chǎng)。當(dāng)這些快子場(chǎng)在空間一點(diǎn)滾到能量更低的地方時(shí)，氣泡出現(xiàn)了，這是無(wú)的氣泡，里面什么也沒(méi)有，但二向箔本身還是存在的，所有物體可以在二向箔里存在，但不能在它附近的空間中存在，由于能量守恒，也許那些空間中本來(lái)存在的東西跌向二向箔。但根據(jù)我對(duì)弦論的經(jīng)驗(yàn)，更有可能的是，原來(lái)三維空間的東西會(huì)變成碎片飛向更外層的空間，不會(huì)全部跌向二向箔。但是，你總可以假想某種理論允許物體跌向二向箔，也許全部跌向二向箔。

那么，25維空間中的弦論到底會(huì)發(fā)生什么？前面我假定空間中出現(xiàn)“無(wú)的氣泡”，有的物理學(xué)家認(rèn)為也許會(huì)出現(xiàn)含有9維空間的氣泡，這就很像二向箔了，25維空間在氣泡中跌向9維空間。這9維空間不是別的，是超弦理論的空間。下圖是這個(gè)過(guò)程的圖示。