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物理上的额外维度是什么?我们该如何理解额外维度

凉上菌子  · 简书  ·  · 2019-08-03 00:12

科学之美,大可到无垠星空,小可到电子夸克,远可谈光年以外,近可说触手可及;大可谈到哈勃半径,小能说普朗克长度;从量子物理到柴米油盐,从深空之下到眼前苟且,科学无处不在。

今天讲额外维度,现有的超弦理论认为构成往事万物的基本构造单元是宇宙弦,但是宇宙弦和小提琴弦不一样,琴弦只是一维的,而宇宙弦却是高维的,具体有多少维,不同的学术理论有不同的版本,超弦理论就有很多版本,不同理论里,宇宙弦的维度不一样,从5-26维不等,目前最主流的理论认为是10维的宇宙弦。三维空间+一维的时间+六个额外维度,这六个额外维度是空间上的维度。

那怎样理解这个六个空间上的维度呢?简单来说就是低维空间是高维空间在低维空间的投影,比如说,一个三维的球体在二维平面上的投影就是一个圆,一个二维的圆在一维的投影就是一条线。空间上第四维在三维空间里的投影就是一个三维的球体,高维空间里的球叫做超球体。电影《星际穿越》里一帮人坐飞船要穿越一个虫洞,但是这个虫洞就是一个球,因为虫洞是连接三维宇宙中两个距离很远的点的通道,是高于三维的。所以虫洞的入口和出口就是高维在三维空间里的投影,那就是一个球。

我们是无法现象出四维五维等额外维度是长啥样的,为什么呢?问题不是出在宇宙身上,而是出在人自己身上,因为人的感官限制了我们只能理解三维的空间。人类的感官只有视觉,嗅觉,触觉,味觉和听觉,这些感官加起来最多帮我们理解到三维的空间。首先,视觉是一个二维感官,再通过触觉的帮助,你就知道有景深这回事了,就能理解什么是三维。

不妨反过来想想,如果一个人是天生眼盲看不见,他都无法理解什么是三维,因为看不见,所以没有长宽高的概念,所以不能用人类现有的感官去理解高纬度的事情,因为感官的隔绝是绝对的。你无法跟一个先天眼盲的人解释审美是红色什么是绿色。你说红色是玫瑰的颜色,绿色是树的颜色,这都没有用,因为没有视觉的人,他根本没有颜色的概念。所以理解高维是人类先有感官无法做到的事。具体可参考盲人摸象的故事。

但这并不影响用数学方法去研究这些额外的维度,因为在数学上,我们用代数和分析的方法可以进行高维的计算,差别只是我们没有办法去做个图去可视化它。因为视觉就是个二维感官而已。

好了,今天的介绍就到这里了,感谢大家的阅读,你觉得有没有额外维度?如果有,那额外维度是什么?欢迎到留言区参与讨论,你的关注是小编创作的动力。




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