時間真的是第四維度嗎?這樣解釋一看就懂!

2020-12-16 李論科學

時下流行的理論認為,宇宙中的維度遠比我們現在感知到的多得多。這就引出了一堆問題:維度究竟是何物?沒有「填充物」的時候它們還會存在嗎?三維空間有何特殊之處?如果存在更多維度,我們怎樣才能通過科學的辦法觀測到它?

如果你只感知到一個維度,比如從南到北的本初子午線,那麼,一個朝東走的人就會從你的線性世界中消失。進一步,如果我們只能感知到一個面,那麼當飛機起飛時我們就會發現它慢慢消失了。如果存在一個第四維度,而且存在一種超級物質能夠在其中移動,那麼當它的四維運動路徑與我們的三維空間發生交集時,它就會像鬼魅一樣一下在我們眼前出現,然後一晃而過消失不見。這幾乎達到了我們現有真實世界的認知極限。這種在四維中運動以及對應的消失,可能聽起來像科幻小說,但是我們還是能夠想像得出:比如,那些炙手可熱的時間旅行類科幻小說。

時間怎麼就成了一個維度呢?如果我們將歷史上的各種記錄作成某個方向上的點,就會發現時間確實在延伸。如果我們所在的三維空間內有人能夠製造出一臺時光機,使得人們可以在這個時間軸上任意地向前或者向後移動,那麼時間維度就和空間三維中的任意一維沒什麼兩樣了。如果我們有這麼一臺時光機,就可以在第四維度上自由移動;而沒有時光機的話,我們就只能永遠被牢牢地卡在現在,眼睜睜地看著其他人坐時光機去了「昨天」消失在我們眼前。

相反,如果我們處於昨天的某個三維空間位置上,可能會看到一些人突然憑空出現在眼前。由此可見,時間具有作為一個維度的所有特性,但是卻與3D空間的維度有本質的不同。我們存在於一個時間點上,即「現在」;但是現在卻是另一個現在,在這個時間點上我們能夠回想起之前的現在發生的林林總總,但是不能阻止現在不停地到來而又不停地離開。時間是一個存在某種限制的維度。

當我們賞月的時候,看到的其實是月亮約一秒鐘之前的樣子;類似的,看到的是8分鐘前的太陽;而夜空中的星光花了幾千年甚至更久才到達地球,所以在我們眼裡它們似乎回到了幾千年前。如果在這個距離的某個星球上存在一些外星人,他們和我們一樣也仰望星空,就會看到幾千年前的太陽,那時候也許地球上根本還沒有人類。「現在」的概念在此似乎變得模糊起來了。通過觀察宇宙深處,我們能夠朝著宇宙大爆炸來回溯時間。如果我們宇宙的時間和空間都是那時候形成的,那麼至今這個時間維度不會超過140億年。我們可以向未來邁進,也能回頭看到過去所以時間擁有維度的各種性質,我們可以在上面移動,但是卻又和3D空間維度不盡相同。在空間上,如果我們不喜歡目的地,我們可以選擇回到出發地;而時間卻一去不復返了。

正如我們之前所見,廣義相對論在大尺度上描述宇宙,而量子力學對亞原子尺度上的現象進行精確描述;人類有望很快找到一個統一的數學模型和實驗支持的理論,最終將這兩個20世紀科學中最偉大的支柱聯合起來。

對於這些問題,當下最有前途的理論當屬弦論,它能夠契合多維宇宙—也許10維。現在我們還不知道,這種高能量多維度下的物理簡化是否只是一種數學計算技巧從而使得簡單計算變得可能,又或者它是否暗示著某些更加深奧的宇宙構造問題。在我們所謂的空間和時間之外,是否還存在其他維度?相信科學家們會給出我們答案。除了上下、前後、左右也許「其中」還存在更多的方向。

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