弦理論:空間有11維度?三維之上真的存在高維嗎?

2020-12-02 科學新視界

隨著現代科學的發展,相對論與量子力學不斷向前進,可是這個兩個理論相對論是研究宇宙宏觀的,量子力學是研究微觀領域的,可以說是八竿子打不到一起。由此,近代科學理論提出了弦理論的假說。今天小編就和大家簡單聊聊弦理論。

維度

空間維度的說法可謂由來已久,最早可追溯到數學重得獨立參數。在二戰過後,整個物理學界進入到了漫長的白銀時代,除了白銀三傑費曼,朗道和楊振寧的理論外,理論物理學最大的顛覆莫過於弦理論了。

顛覆的弦理論

弦理論的目標很宏偉,它認為所有的微觀粒子都是能量弦線的不同模式震蕩造成的,弦理論也分為很多不同的學派,一般認為我們宇宙的維度高達26維,但是隨著發展,科學家們引入了超對稱性的概念,宇宙的維度又變成了10維的,再後來弦理論又受到了對偶性的啟發,就慢慢發展變化成了現在的11維M理論。

但是這個理論真的是太超前了,儘管有些數百篇論文的撐腰,但是弦理論至今還沒有被實驗證明,是處於純理論階段。

相比物理學中高維度的複雜與晦澀,科幻作家筆下的高維空間好像更容易讓人理解並接受。教科書下的弦理論一大堆的公式與微觀粒子預測實在讓普通人望而卻步,引力子,磁單極子的導出更是讓普通人絕望。這裡我們談一個科幻世界裡的高維空間描述幫助大家理解,但是只是幫助理解,科幻不是科學,大家不可完全當真。

三體黑暗森林中,劉慈欣為我們簡單描繪了高維空間的樣子,四維空間將比三維空間多一個方向,這個多出來的方向能夠讓四維空間中的人類在三維空間裡人類看不到的情況下隔空取物。這裡展示了高維空間的一個重要理論,即低維空間對高維空間是不可阻擋的,就像我們人類可以輕易的螞蟻的爬行方向。

高維的穿透力

事實上,目前的物理學理論認為空間與時間是無法分割的,高維空間僅僅是通過一維,二維以及三維空間的演變。由此,人們提出了關於高維空間的一些猜想,當然,這些猜想只是數學概念上的。

我們人類認知到的一切都是三維空間的事物,對於更高的四維可以說是完全沒有概念,只能在理論上進行計算分析。因為你永遠無法像一個天生眼盲的人解釋清楚天空的藍色是什麼。

儘管我們所有關於高維的理論現在都不能被實驗證明,但是所有的科學理論都是從猜想開始的,只要插上想像的翅膀,總有一天我們會通過想像到達真實的彼岸。也許有一天,我們這些渺小的三維人類也能通過技術手段進入四維空間。

相關焦點

  • 弦理論裡超過四維的高維空間是什麼樣子的?
    弦理論、超弦理論、M理論一般都被人統稱為弦理論,因為它們的基礎都是一樣的,就是弦。弦理論算出來有26個維度,超弦理論算出來有10個維度,M理論算出來11個維度。而物理學家通過計算得到的時空維數是統一的,特別是弦理論和超弦理論,它們是統一四種基本力所需要具備的時空維數,維度並不是每一維什麼樣子,而是多少維就是這個樣子。拿超弦理論後M理論來說吧,26維弦理論太古老了。超弦理論裡一共有九個空間維度,加上一個時間維度一共是十維時空。
  • 高維空間可能真的存在,科學家發現了一些高維空間的疑似證據
    以目前我們對宇宙的認知來看,宇宙是一個四維時空,它是由三維空間以及單獨的時間維度所構成。隨著對宇宙的研究逐步深入,人們發現了宇宙遠比想像中的複雜,於是越來越多的人都在開始懷疑,在宇宙中除了我們熟悉的三維空間以外,還存在著其他未知的空間,因此,科學家們提出了一些有關高維空間的理論。
  • 宇宙的終極理論?弦理論以及它的11維時空
    這顯然是不合理的,因為我們存在於一個宇宙,應該有一個普遍適用的物理學規則,那麼有沒有一個理論能同時包含量子力學與廣義相對論的永恆理論呢?弦理論應運而生。玄理論,萬物的終極原理?以及其涉及的11維空間在以前,主流科學認為粒子是點,和弦一點也不搭邊。
  • 黎曼幾何證明了高維空間的存在,高維空間是否會存在另一種生命?
    隨著科學家們宇宙11維度概念的提出,人們開始知道我們所處的這個世界不過是三維空間。在人類看來二維空間就是一個平面,就好像我們平時所看到的的漫畫、雜誌等等,在自然界小螞蟻們的眼中,它們所看到的世界就是二維世界,人類在它們眼中也是一個平面。
  • 高維空間在哪裡?我們要如何進入高維空間?科學家想到了一個途徑
    所以弦理論目前只是一個猜想中的科學理論,如果它在未來被證實,那麼有可能會超越相對論,成為人類科學史上最偉大的理論。弦理論聽上去非常科幻,很多人難以理解,其實我們不要把它想得太複雜。弦理論最偉大之處就是告訴我們,這個宇宙不是單維的存在,而是多維的,相信很多朋友都聽說過多維宇宙論,也就是有科學家猜想,我們的宇宙可能是由十一個維度構成的。
  • 平行宇宙,多維度空間,怎麼用「弦理論」去解釋呢?
    說到弦理論,我們經常聽到關於高維空間的概念,什麼9維空間、10維空間,甚至早期的還有25維的。關於高維度空間的科普,網上多如牛毛,但應該很少有講到這些維度究竟是怎麼來的。所以今天,我們就來說點不一樣了。
  • 「黎曼幾何」證明了高維空間的存在,高維空間的生物長什麼樣子?
    引言:歐幾裡得被譽為是「幾何之父」,因為他是最早在人類幾何學上有建樹的人。但隨著人類對空間維度的思考,歐幾裡得幾何似乎不適合高維度空間的探索,因此黎曼提出了「黎曼幾何」,該理論在數學上證明了高維空間是存在的,那麼是否也存在高維生物呢?
  • 科學家找不到四維空間在哪,為什麼就敢斷言宇宙存在11個維度?
    「M理論」認為我們的宇宙之外還存在其他維度,M理論結合了五種超弦理論和11個不同的維度,為什麼科學家找不到四維空間的入口,就可以確定宇宙總共存在11個維度呢?時間的本質是描述物體運動速度的快慢,並不是一種標準的歐幾裡得空間維度,因此我們雖然生活在四維時空中,本質上還是三維空間的生物,無法理解其他維度中的一切,就算人類進入到其他維度,也只能存在於其他維度的三維空間中。就像是一個影子一樣,雖然存在於三維空間中,卻只能以二維的形態存在,隨著三維空間的變化被拉伸延長。
  • 如果有人誤入四維空間,會變成「神」嗎?
    因為有一個空間維度,我們無法理解。如果有人誤入四維空間會變成「神」嗎?有人說進入四維空間的的我們會成為「神」,為什麼會這樣說?首先我們還需用二維空間的紙片人來說明一下,假如二維空間中存在生物,那也就意味著它不具備高度維,只存在長和寬。
  • 科學家找不到四維空間的入口,宇宙中的11個維度又是怎麼來的?
    在宇宙之外是否存在其他的宇宙或者是更高的維度?科學家認為,我們的三維宇宙之外,還存在更多的維度,宇宙可能由11個維度共同組成。為什麼科學家找不到四維宇宙的入口,就敢斷定宇宙存在11個維度呢?為什麼不是更多或者更少的維度,或者乾脆不存在其他維度呢?
  • 為什麼科學家認為不可能存在更高維度的文明在控制人類?
    類似的想法還有,我們這個世界是虛擬的,一切都存在於超級電腦中,這不就是電影《黑客帝國》中的情節嗎?如圖所示,關於虛擬和現實,缸中之腦就是最好的一個例子。零維空間是點,一維空間是直線,二維空間是平面,三維空間則是立體。所謂的高維空間,就是在三維空間之上多出了額外的維度,三維空間中的物體具有長寬高三種尺度,而是四維空間中的物體則要多一個尺度。對於生活在三維空間中的我們來說,很難理解四維空間究竟是怎樣的。
  • 為什麼科學家認為不可能存在更高維度的文明在控制人類?
    如果在更高維度存在著某種控制人類的東西,按照這個思路,應該還存在比該高維度文明更高級的文明存在。如此,最終就是俄羅斯套娃。從科學角度來看,這些都屬於沒有根據的猜測,是虛幻的、不存在的。類似的想法還有,我們這個世界是虛擬的,一切都存在於超級電腦中,這不就是電影《黑客帝國》中的情節嗎?
  • 宇宙的維度會比我們想像的更多嗎?弦理論是萬能理論嗎?
    眾所周知,弦理論是物理學家們希望有朝一日能夠解釋一切的理論。科學家希望所有的力,所有的粒子,所有的常數,所有都能處在一個理論框架下,而我們看到的一切都是微小的,振動的弦的結果。事實上理論家們從20世紀60年代就開始研究這個想法,他們首先意識到的是,要讓這個理論起作用,就必須有比我們習慣的四個維度更多的維度,這想法聽起來相當瘋狂!
  • 多維空間存在嗎?如果間存在,裡面都有什麼?
    很少有關於物理學的問題能夠像多維空間這個話題那樣引起人們的好奇之心,然而看到這個問題,作為一個物理專業的畢業生,深愛物理學的科學領域優質作者,卻有一縷無力感慢慢浸潤全身,讓我感覺從頭到腳的冰冷。其實完全沒有什麼四維、五維甚至是更高緯度的空間,所有這樣的提法都未經實驗證實。
  • 高維空間存在嗎?為何我們無法想像高維空間的樣子?
    人類能直觀感受的空間是三維,加上時間維度是四維,至於更高的維度我們無法直接想像出來,我們的大腦無法處理更高維度的信息,唯有利用數學去研究高維度的性質。我們的三維空間,可以理解成由上下、左右、前後三個維度組成,在相對論中,時間被描述成第四維,利用光速的不變性,三維空間與一維時間共同組成了四維時空,也就是閔可夫斯基空間,只不過時間在公式中成了虛數。
  • 人類存在於三維空間,但可能同時也在高維空間裡,只是人類難發現
    根據我們人類偉大的科學家霍金的理論,在這個宇宙中可能存在11維的空間。一維空間中有多個宇宙的存在,一個宇宙中也會有多維空間的存在。因為根據空間的定義,這些空間之間的關係是,由低維度空間向高維度重疊的。那麼我們人類是生活在三維空間裡的,我們人類也只能識別出三維空間一下的空間。
  • 不是不存在三維之外的空間,而是在三維之外空間我們無法存在
    下面我們再添加一個維度,將高度(深度)納入方程中,就是我們所存在的三維空間。比如海上的艦船我們只需要2個維度即可定位,但是潛艇則必須要加上深度才能定位。那麼可能存在第四個維度以上的空間嗎?即便在科學界,這也是一個棘手的問題,因為我們目前無法感知或測量超出長寬高的其他任何維度尺寸。正如需要三個數字來確定三維世界中的位置一樣,四維世界將需要四個數字。
  • 如果存在十維度空間,那裡的生物有多變態?
    這不就是宇宙大爆炸之前的那個點嗎。是的,我們這個宇宙的三維空間,來自於宇宙大爆炸,而在宇宙創生之前,整個宇宙就是一個零維空間,它有且僅有一個點組成,這個點上蘊含著近乎無限的質量和能量,伴隨著這個點的爆發,展開了我們這個宇宙的歷史。如果世間曾經有個什麼絕對的東西,那就只有這個創生整個宇宙的點,是絕對且唯一之物。當然,創生我們宇宙的點,是否真的沒有大小沒有體積,在物理學上還有爭議。
  • M理論:統一了五種超弦理論和11維超引力理論
    比如,根據弦理論,粒子被看作是長度為普朗克尺度一維弦,在引入費米子的座標後,科學家提出了超弦理論。超弦理論暗示的平行宇宙時空必須擁有十個維度,時空中也存在超對稱現象,但沒有真空穩定態的問題,超弦理論的形成意味著此類平行宇宙並非由粒子和場構成的時空,宇宙不僅是四維時空,而是多維的。
  • 大一統理論真的存在嗎?
    愛因斯坦晚年尋找大一統理論,目標就是統一引力和電磁力,雖然愛因斯坦沒有成功,就算成功了,也缺少了強、弱相互作用力的統一。這就引出一個疑問:人類真的找到了所有基本力?宇宙真的只存在四種基本力?假設宇宙確實只有四種基本力,大一統理論真的存在嗎目前研究大一統理論的關鍵,就是探索萬物的本質——歸根溯源。從這一方面看,量子力學似乎前景無限,並且量子力學的量子力場,完成了電磁力、強、弱相互作用力的統一。