我們繼續(xù)談《三體》中的物理。

《三體》之《死神永生》太陽系最后被毀滅，因為“神”一樣的文明知道了太陽系的坐標(biāo)，給太陽系送來一個美麗的禮物，透明的，可以隨意進入任何物體包括人體的兩維薄片，被劉慈欣冠以一個詩意的名字：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，手套表面完好無損；瓦西里也沒有收到任何心靈傳輸?shù)男畔?。他再次把手穿過紙條，并且停在那里，讓那個小小的白色平面把手掌分成兩個部分，仍然沒有任何感覺，紙條與手掌接觸的部分呈現(xiàn)出手掌斷面的輪廓線，它顯然沒有被切斷或弄破，而是完好無損地穿過了手掌。瓦西里把手抽回來，紙片又以原狀懸浮在原位，或者說以每秒兩百千米的速度與太空艇一起飛向太陽系?！?/p>

表面上看，一張無害的小紙條，只是，貌似與我們太陽系中的任何物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)，或相互作用。但不久，這張二向箔的力場被撤除，在它周圍的三維空間開始向它跌落，它的邊界以光速向外擴張，不論遇到什么，無一例外地向它跌落，開始是太空艇，后來是星球，地球、火星、木星、土星……。我們看看二維化開始的樣子：

“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。兩個二維體的結(jié)構(gòu)在星光下清晰地顯現(xiàn)出來：在二維化的太空艇上，可以看到二維展開后的三維構(gòu)造，可以分辨出座艙和聚變發(fā)動機等部分，還有座艙中那個卷曲的人體。在另一個二維化的人體上，可以清楚地分辨出骨骼和脈絡(luò)，也可以認(rèn)出身體的各個部位。在二維化的過程中，三維物體上的每個點都按照精確的幾何規(guī)則投射到二維平面上，以至于這個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，沒有任何隱藏，但其映射規(guī)程與工程制圖完全不同，從視覺上很難憑想象復(fù)制原來的三維形狀。與工程圖紙最大的不同是，二維展開是在各個尺度層面上進行的，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，于是也呈現(xiàn)了從四維空間看三維世界時的無限細(xì)節(jié)。”

作為普通人，作為物理學(xué)家，我們問，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，只是將本來的三維空間逐步吃掉，原來的三維空間多數(shù)部分不存在了，變成了二維的，其實這是一個無限縮小的過程。一個點和一根線段比起來，長度為零。一跟線段與一個平面比起來，面積為零。同樣，一個二向箔與任何一個有限的三維體比起來，體積為零。

空間被縮小，或者被蠶食的例子我們是常見到的。

例如我們煮水，當(dāng)水的溫度達(dá)到一百度時，水開了。水開了是什么意思？有兩個典型的特征，第一水面有很多水汽上升，第二是很多氣泡沸騰。第二個特征才是水開了的真正特征。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下去，最后水要全部蒸發(fā)。也就是說，如果我們將液態(tài)水看成某種“空間”，最后這個空間沒了，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，前面的過程叫一級相變。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。在地球的重力場中，由于氣泡比重比水輕，就會迅速升到水面，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，我們讓水處于一個大氣壓下。當(dāng)水溫升到一百度時，水中開始產(chǎn)生氣泡，這些氣泡會膨脹，越來越大。由于沒有重力場，它們不會升出來，只會在水中膨脹，最后，水沒有了，只剩下水汽。

你看，水做的“空間”就是這么通過氣泡凝結(jié)、膨脹，逐漸消失的。

物理學(xué)中，我們有一種簡單的數(shù)學(xué)語言描述上面的過程。例如，我們用密度定義一個場。這個場在水相時取水的密度，在氣相時取水汽的密度。我們的模型告訴我們，當(dāng)溫度達(dá)到或超過一百度時，水汽處于能量比較低的點。換句話說，這個場取值小時，能量比較低。下面是能量圖。

圖中的那個圓點代表場，即密度。很明顯，現(xiàn)在圓點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，我們可以想象氣泡內(nèi)這個場處于最低處，而氣泡外水中的這個場處于那個圓點所在的地方。隔離水與水泡有一個氣泡壁，在這個壁中，場是連續(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我們常見的例子。我們不熟悉，但其實與我們息息相關(guān)的另一個例子就是最近發(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。

我們所處的空間中，希格斯場也取能量的最低值，有點像水汽。希格斯場在低溫時的能量圖如下。

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

好了，大爆炸剛開始的時候，希格斯場是怎么樣的呢？其實，宇宙在大爆炸開始時，溫度很高，隨著時間的推移，溫度才降下來。在非常早期的時候，比如說最初的萬分之一秒，宇宙的溫度高到足以改變希格斯場的能量圖。此時，上圖的右邊是不正確的，左邊才是正確的，也就是說，當(dāng)希格斯場為零時，能量最低，那時整個宇宙處于這個狀態(tài)。希格斯場為零時，所有基本粒子都沒有質(zhì)量，都以光速運動。

當(dāng)宇宙的溫度“逐漸”降低時（我用“逐漸”是因為其實這個過程非常短暫），右邊圖才變成現(xiàn)實，此時，希格斯場也會像開水中的氣泡一樣，先有一些點上的希格斯場跳到我們現(xiàn)在宇宙中的值，而周圍還處于零值。這些氣泡會逐漸變大，最后吞并所有宇宙空間。請注意，這些氣泡與沸騰的水氣泡還是有區(qū)別的，就是沒有明顯的壁，這是因為希格斯的圖是上面這個圖，而不是水的那個圖。如果有壁，壁與壁之間會碰撞，產(chǎn)生一些非常不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，今天宇宙學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡沒有看到這些結(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)真空泡變得越來越大時，泡的膨脹速度越來越接近光速。

談到現(xiàn)在也沒有談到二向箔，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，這個場的能量比較低。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，它就不會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，開始膨脹起來，但由于它是二維的，只會增大面積。

愛思考的人會問，可是，開水中的那個場處于能量高點，而我們的三維空間在沒有二向箔的時候，不也處于能量低點，所以是穩(wěn)定的嗎？要回答這個問題，需要我們展開想象。我們可以這樣想，我們?nèi)S空間與二向箔有關(guān)的那個場本來確實處于能量的低點，但這個低點并不是最低點，雖然也不穩(wěn)定，但我們的真空的壽命足夠長，比宇宙的壽命還長。也許過了更長的時候，我們的真空也會衰變，會產(chǎn)生氣泡。

現(xiàn)在，二向箔來了，就像來了一個二維能量低點氣泡。它觸發(fā)我們?nèi)S空間的那個場向能量更低的地方跳。在這個場跳的同時，二向箔卻越長越大。

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

好吧，現(xiàn)在我要講一個弦論的故事，讓你相信，確實有這種可能：當(dāng)某個場向最低的能量的地方跳過去，空間就變沒有了！

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

在這個25維空間的弦論中，這個場處于能量最高點，所以，這個理論是不穩(wěn)定的。也因此，弦論家將這個場稱為快子場，它的速度超過光速。但不要擔(dān)心，這種粒子不會破壞相對論，因為它一旦出現(xiàn)，就出現(xiàn)了真空氣泡，這個氣泡將以光速膨脹，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不同。很多人認(rèn)為，氣泡中什么也沒有，連空間也沒有！也就是說一個內(nèi)含“無”的氣泡以接近光速的速度膨脹，迅速吞并25維空間。這個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?！坝械氖菬o”這四個字有語病。但事實如此。

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

在空間中，物體可以運動。物體有幾個運動的獨立方向，這個空間就是幾維的。例如一根直線，物體可以左右移動，在平面中，物體可以左右和上下移動。三維就又多了一個獨立方向。

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，弦的各種振動模型都可以存在。其實，使得真空不穩(wěn)定的快子場也是弦的一種模式，最低的模式。只要這些弦可以在25個獨立方向移動，那么，空間就是存在的。

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

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

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

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，誘導(dǎo)了本來就不穩(wěn)定的三維空間的某種快子場。當(dāng)這些快子場在空間一點滾到能量更低的地方時，氣泡出現(xiàn)了，這是無的氣泡，里面什么也沒有，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存在的東西跌向二向箔。但根據(jù)我對弦論的經(jīng)驗，更有可能的是，原來三維空間的東西會變成碎片飛向更外層的空間，不會全部跌向二向箔。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發(fā)生什么？前面我假定空間中出現(xiàn)“無的氣泡”，有的物理學(xué)家認(rèn)為也許會出現(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。下圖是這個過程的圖示。