分享

多维度:宇宙从一维到十维

 无名361 2016-05-29
2016-05-28 00:49

多维度:宇宙从一维到十维

当人们提到“多维度”,总不免浮想联翩。“平行宇宙”、“弦论”等关键词会不由自主的涌进我们的脑海。“多维度”这个概念的确是源于超弦理论,但是大家对“多维度”的理解可谓五花八门。这其中的主要原因,可以归结为2点:一是大家对超弦理论没有系统认知,二是大家在接受“多维度”概念时被参杂了传播者的个人偏见。之前发超弦理论文章时发现大家对维度的兴趣,现将主流弦论对多维度概念的解释进行介绍,我们从一维讲到十维。对于不了解超弦理论的朋友可以参看以下几篇文章加深理解:

1《超弦理论:上帝拨动的琴弦!

2《第四维度:时间为什么会被当作一个维度?

3《超弦理论:万物之理论!

我们知道,维度只是事物的不同的面,通过它们,我们感知到了真实世界。日常生活经验中,我们一踏入这个世界,就会立即觉察到周围存在着三个维度——它们确定了宇宙中所有物体的长度、宽度和厚度(分别对应 x、 y、z 三个轴)。除了这三个可见的维度,在上世纪初爱因斯坦将时间作为第四个维度对宇宙进行了描述,于是,之前的“经典物理”三维空间,升级成了四维的“时空”概念。但是,还有更多维度吗?科学家对此给了肯定答案。”超弦理论“认为,宇宙存在十个不同的维度。这些不同的面支配着宇宙、自然的基本作用力,以及宇宙物质的所有基本粒子。

多维度:宇宙从一维到十维

第一维度,正如已经提到的,是能够形成长度(亦即 x 轴)的维度。解释一维的最好物体是直线,它只有长度,而没有其他可识别的特点。

第二维度,在原有x 轴(或长度)的基础上加上y 轴(或宽度)。与之对应的是我们常说的面。

第三维度,在二维的基础上再加上厚度(z 轴)。它给所有物体带来了领域感和横截面。三维的最好例子是立方体,它存在于三个维度中,有长度、宽度和厚度,因此有了体积。

前三维度对我们来说是很好理解的,因为我们真真实实能够感知到,但是如果往第四、第五、第六维度等更高维度进行感知和理解就有难度了;所以,我们非常有必要对前三维度之间的关系进行必要的梳理和总结,并以此为推导。在此之前,必须得强调,我们考虑的是物理的维度,即我们生活的宇宙的维度,而不是数学上的维度。在前三个维度中,假如有一个点存在第一维度上的一条直线上,此时如果在第一维度内,该点要达到另外一个点,它必须得跨过这个点与另外点的直线距离,而且对这个点来说,它只有这么一条路可走;但是,如果跳出第一个维度,从第二个维度来看,我们就可以看见,该点要达到另一个点,他就不只有一条路可走了,他完全可以从第二个维度,即宽度,绕行到那个点,这种路径对该点来说有无数种选择。如果从站在与原来那个点类似的点(即同一直线上的点)的角度来看,它就会发现一个非常有意思的现象:原来那个点突然间消失了,然后过了一会儿,突然间出现在另一个点的位置。同理,第三维度,对第二维度也有类似的关系。维度具有递增特性,高维度的物体能够随意到达低维度的任何位置。

多维度:宇宙从一维到十维

第四维度,时间,为什么时间会被当作第四维度,我在另一篇文章中进行过详细说明,大家可以点击上面文章的链接进入查看。总的来说,时间和前三维度一样,物体可以通过时间达到前三维度的任何位置,这显然是符合维度递增特性的。在时间这个维度,如果拿人的一生来举例的话,我们可以看到一条时间线,它包括了人的出生、生长、长大、衰老和死亡。

如果说前四个维度我们都难以理解的话,那么对接下来维度的理解就更大了。我们知道,前四个维度还处于经典物理范畴,什么是经典物理范畴,简单来说,就是事物的行为只有一个历史版本,它只会按照一种时间线前进,时间还被当作不可改变的参量。但是,在接下来的更高维度,因为有比时间(第四维度)更高维度的存在,这种固定模式就会被打破,在第五维度等更高维度看来,时间完全是一个可以控制的参量。

多维度:宇宙从一维到十维

第五维度,在第四维度的时候,我们可以看到单一方向的人生“时间线”,但是在第五维度,我们不仅有了时间的“长度”,还有了“宽度”,即我们在我们的人生过程中,朝其他方向发展的可能。举例来说,假如有一个人的人生轨迹是成为一名医生(此时,还是第四维度层面,时间线是单一方向的),此时,如果站在第五维度来看,此人就不应该只包括成为成为医生一种人生轨迹,他可以在他的人生过程中分支出成为律师、教师等无数种可能。这个时候,我们可以看到类似“时间平面”的概念。

第六维度,同理,我们应该知道,这个维度可以被描述成“时间块(立体)”概念,但什么是“时间块”呢?我们知道,在第五维度时,你一个人将来的所有的人生轨迹可能(成为医生、律师、老师等等)构成了这个时间“平面”。如果站在第六维度,你就可以设想,在你身边有无数个人和你一样拥有无数种人生可能的“时间面”,你可以跨越原先的这个起点限制,成为所有人所有可能人生中的任何一个位置。这就类似于孙悟空的变身术,你可以变身成别人,并占据他的人生轨迹。在这个维度,你可以成为我们这个宇宙中所有按照我们这个宇宙规律运行的任何一种结果。

多维度:宇宙从一维到十维

第七个维度,在第五维度和第六维度,所有事件的起点都还是一样的,都是起源于我们的宇宙大爆炸,都还是在同一个宇宙的范畴内。但是,到了第七维度,我们就得上升到宇宙这个层面了,并把我们的宇宙看作一个点,然后,我们就可以看到这个点在“时间线”到达另一个点的过程,也就是我们这个宇宙在时间作用下发展成另一个宇宙的过程。

第八维度,同理,类似“时间面”的概念,只不过这时的对象是我们的宇宙,而不是之前我们宇宙内的事物。在这个维度,我们可以看到我们宇宙朝各个方向发展的可能。

多维度:宇宙从一维到十维

第九维度,也同理之前的推导,在第九维度,我们可以看到有很多和我们宇宙类似,但不同起始点的宇宙,他们的宇宙内的自然规律和我们的完全不同。这些宇宙,自然也有各自在“时间面”的发展过程。在第九维度,我们宇宙可以成为平行宇宙中的任何一种。

第十维度,也就是最终维度上,我们可以把第九维度之前所有的可能看作是一个点,如果此时我们还要往更高维度发展的话,就必须得有一个与此类似的点,但是在第十维度上,我们所到达的高度已经涵盖了一切可能性和想像力,也就是说,我们无法再找到一个与之类似的点。自此,维度达到最大,像我们这样低等的凡人再也无法进行想像,它是维度意义上我们所能设想的自然极限。

我们知道,前四个维度我们能够感知到,但是其他六个维度我们就无法感知了。对此,“弦理论”给出了两种机制来解释:要么这些额外 的额度卷缩在极小的尺度上,要么我们这个世界存在于一个三维的子流形,也就是一张“膜”上,在这里,除了引力,所有已知粒子都是受到限制的(亦即膜理 论)。

多维度:宇宙从一维到十维

如果额外维度是卷缩的,那么这六个维度就必然存在于“卡拉比-丘”流形(上图)中。即便我们无法感知它们,它们也可能最初支配过宇宙的形成。这就是为什么科 学家相信,用望远镜研究来自早期宇宙的光线(如几十亿年前),回望时间上的过去,就可能会看到这些额外存在的维度影响宇宙演化的方式。

正如其他候选“大统一”理论——也就是所谓的“万物理论”——一样,之所以相信宇宙是由十个维度构成的(或更多,取决于采用哪种弦理论模型),是因为它们想要把粒子物理的标准模型和引力的存在统一起来。简短地说,这是一种想对宇宙中所有已知的力相互作用的方式,以及其他“可能宇宙”自身可能的运作方式进行解释的尝试。


    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多