圖解膜宇宙論

前言　向歷史學習

第一章　宇宙構造的支配力量──重力
　力的作用方式與「加速度」之發現
　重力與質量的關係
　大質量物體形成的重力──星星與重力的關係

第二章　重力的本質
　與質量成正比的力──重力
　空間扭曲會產生重力場
　重力場與「加速度」的關係

第三章　用微觀看宇宙──探索物質的形成軌跡
　存在宇宙內部的物質與光
　物質的基本構造
　物質集團所形成的作用

第四章 　物質不斷演化──宇宙創生的祕密
　物質會隨宇宙演化而不斷改變
　物質是什麼時候完成的？
　超過自然界成立的原理──非對稱世界

第五章　形成宇宙構造的次元
　空間與時間的構造──四次元世界
　空間為何是三次元？
　什麼是「時間」？

第六章　被壓縮的次元
　卡路札與克萊因的思想
　自然界中次元被壓縮的狀況
　宇宙原本有多少次元？

第七章　從「超弦」到「膜」
　怎樣的理論可以清楚解析宇宙構造？
　超弦理論的核心概念
　往膜宇宙論發展

第八章　膜宇宙是什麼──探索宇宙的神祕
　「膜宇宙」如何產生的？
　超弦理論構成的宇宙
　「膜宇宙」概念，是宇宙論的極致嗎？

結語   預言宇宙論的未來發展

後記

　　被稱為「宇宙論」的學問，於觀測與理論兩方面都正急速發展中。這種學問乃是以宇宙的創造與演化等相關研究為中心，如果我們從了解人類在宇宙中所處的位置切入，就會發現這種學問和包括人類在內所有生命的存在，都有密不可分的關係。

　　而在宇宙論研究中扮演核心角色的「現代物理學」，可說至二十世紀已發展到完整階段。今天，宇宙的創造以及形成後演化的過程，科學家們都已有所了解，甚至連未來宇宙會演變成什麼樣子，都可以想像出來。

　　特別是，早期現代物理學深感困惑的「重力來源」問題，也因為出現「超弦理論」，因而得到解決。可以說，超弦理論的發展成功，意味著人類對宇宙圖像的理解，出現了劃時代改變。

　　話說回來，宇宙創造與演化的物理學研究，之所以獲得如此重大突破與日新月異的發展，相對論的成立，可說是最關鍵因素之一。眾所周知，這項理論乃是愛因斯坦於1916年所提出。被愛因斯坦稱為「廣義相對論」的這項理論，清楚闡明重力的本質及其起源，並且試圖解釋散落廣大宇宙無數星球的彼此關係。

　　今天，新聞媒體常提到並已成為物理學常識的「宇宙急速膨脹」與「大霹靂導致宇宙創生」理論，便都和廣義相對論關連密切。

　　廣大宇宙之所以能夠成立，和我們的身體能否存在一樣，都與「物質」有關。換言之，物質可以變換成能量，反之亦然。這樣的過程在自然界不斷反覆，便形成各式各樣的物理現象。所以，宇宙創造與演化，亦可視為物質創造與演化的過程，而其結果就是我們今天看到的宇宙。

　　不過，若要深入探究物質的根本構造，相對論未必能派上用場，此時更有用的理論應該是「量子力學」或是由量子力學發展形成的「量子場論」等物理理論。我們可以說，20世紀所確立的現代物理學，兩大骨幹就是相對論與量子場論。其中，從量子場論衍生形成的超弦理論，更可用來解明物質的根本構造，而未來這種理論發展到極致，很可能會將相對論與量子場論整合成「統一理論」。

　　現代宇宙論發展的出發點在於，科學家想了解物質與重力的相互作用，以及這種相互作用和物質根本構造之間的關係，乃至於形成這種物質根本構造的架構為何等等。經由各種角度研究並且得到各式各樣的成果，現在，許多物理研究者認為，超弦理論很可能就是現代物理學的最終理論。至於超弦理論的內涵為何？主要想說明什麼？回答這兩個問題的時候，就難免會碰觸到膜宇宙(brane universe)這個最新宇宙論。因為膜宇宙論是解開宇宙圖像的最新利器，也是目前最有發展潛力的宇宙論。

　　宇宙無邊無際、時間幾乎無限長久的演化過程中，生而為人，我們卻只有一次生命。所以，宇宙研究固然有趣，但我認為，生命的存在，也就是「活著」本身，更難得、更值得珍惜。