宇宙可能有更多的維度,就像這樣!

2020-12-04 土土土衣食住行

弦理論是物理學家希望有一天能解釋一切的理論。所有的力,所有的粒子,所有的常數,所有的東西都在一個理論的屋簷下,我們所看到的一切都是微小的、振動的弦的結果。20世紀60年代以來,理論家們一直在研究這一概念,他們首先意識到,要使這一理論發揮作用,就必須有比我們習慣的四個維度更多的維度。

空間災難

在弦理論中,振動弦的小環表現為不同的粒子(電子、夸克、中微子等)和自然的力載體(光子、膠子、引力子等),它們這樣做是通過它們的振動來實現;每根弦都很小,在我們看來,它不過是一個點狀的粒子,但每根弦都可以以不同的模式振動,就像你從吉他弦中獲得不同音符一樣,每一種振動模式被認為與一種不同的粒子有關。所以所有的弦以一種方式振動看起來像電子,所有的弦以另一種方式振動看起來像光子,等等。我們所看到的粒子碰撞,在弦理論的觀點中,是一束串串在一起並分開。

但要讓這些理論能站得住腳的話,還得運用到數學的工具,我們的宇宙必須有四個以上的維度。這是因為我們通常的時空並沒有給弦足夠的「空間」來以它們所需要的所有方式振動,以充分表達它們作為世界上各種各樣的粒子。換句話說,它們不僅僅是擺動,而是超維擺動。目前的弦理論需要10個維度,而一個更為假設的理論需要11個維度。但是當我們環顧宇宙時,我們只能看到通常的三個空間維度再加上時間維度。

捲曲緊湊

然而,弦論者能夠指出這個看似激進的概念的歷史根源。早在1919年,愛因斯坦發表廣義相對論後不久,數學家和物理學家西奧多·卡魯扎就在玩弄這些方程,只是為了好玩。當他在方程中加入第五維時,他發現了一些特別有趣的東西——什麼都沒發生。相對論方程並不真正關心維度的數量,它是你必須加入的東西,使理論適用於我們的宇宙。但是後來卡魯扎給第五維度增加了一個特殊的扭曲,使它在他所謂的「圓柱體條件」中自我包裹,這一要求使一些新的東西突然冒出來:卡魯扎恢復了通常四維中的廣義相對論方程,加上一個複製了電磁學表達式的新方程。

看起來增加維度可能會統一物理學,回想起來,這有點像是在轉移視線。不過,幾十年後,另一位物理學家奧斯卡·克萊因試圖用量子力學的觀點來解釋卡魯扎的觀點。他發現,如果這個第五維度存在,並在某種程度上對電磁現象負責,那麼這個維度必須被扭曲,包裹在自己周圍(就像卡魯扎最初的想法一樣),但要小得多,低到10^-35米。

弦理論的多流形

如果一個額外的維度真的那麼小,我們現在就不會注意到了。它太小了,我們不可能希望用高能實驗直接探測它。如果這些維度被包裹在自己身上,那麼每當你在四維空間中移動時,你真的是在幾十億次地繞過這些額外的維度,這些是弦理論中弦存在的維度。隨著數學的進一步深入,人們發現弦理論所需要的額外的六個空間維度必須被包裹在一組特殊的結構中,這組結構被稱為卡拉比-姚流形,僅次於兩位著名的物理學家,但是沒有一個唯一的流形被現行的理論所允許。事實證明,當你需要六個維度來蜷縮在自己身上,並給他們幾乎任何可能的方法來做到這一點時,它……就加起來了。

這是很多不同的方式來包裝這些額外的維度,每一種可能的配置都會影響它們內部的弦振動的方式。由於弦振動的方式決定了它們在宏觀世界中的行為,所以每一種多樣性的選擇都會導致一個具有自己的物理集合的不同宇宙。因此,只有一種多樣性才能產生我們所經歷的世界。不幸的是,弦理論不能給我們一個答案,至少現在還不能。問題是弦理論還沒有完成,我們只有各種各樣的近似方法,我們希望能接近真實的東西。所以我們沒有數學技術來跟蹤這個鏈,從特定的流形到特定的弦振動再到宇宙物理學。弦理論家的反應被稱為景觀,由各種流形預測的所有可能宇宙的多重宇宙,我們的宇宙只是眾多宇宙中的一個點。

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    宇宙沒有更多維度,我們可能生活在二維全息圖中?感覺太燒腦了!根據玻色子弦理論,弦理論的原始版本是在20世紀60年代後期發展起來的,根據理論所說,宇宙實際上有25個空間維度和一個時間維度。忘了那些額外的維度吧——我們生活在二維全息圖中!又有瘋狂科學家,發表了令人震驚的言論,並且他們還能拿出數據和理論!全息宇宙的概念最早是在20世紀90年代提出的,指出構成我們的三維現實的所有信息,空間、物質、時間等等,實際上都包含在其邊界的二維表面中。
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  • 維度的本質是什麼?宇宙到底有多少維度呢?
    什麼是「維度」?當人們說「我們的宇宙有n維度」時。大致來說,時空中的維數是指定時空點所需的坐標。這些結構可能有介於零和無窮之間的任意數量的維數(包括非整數維數)。應當強調的是,雖然在這些結構中使用了「維度」一詞,但它與界定不同的時空維度不同。
  • 宇宙有幾個維度?怎樣判斷身處哪個維度空間?
    但許多科學家卻指出,宇宙共有11個維度,這個說法是否正確到現在還沒有定論,我們至今還沒能打開第四維度的大門,為何就有科學家認定這個宇宙擁有11個維度呢?科學家雖還沒打開四維的入口,但在相對論和M理論中是能推算出十一維空間的可能。
  • 宇宙的維度會比我們想像的更多嗎?弦理論是萬能理論嗎?
    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!但要讓數學計算器作用,我們的宇宙必須有超過四個維度。這是因為我們通常的時空沒有給弦足夠的「空間」來以它們所需的所有方式振動,以充分表達它們作為世界上所有粒子的多樣性。換句話說,弦不只是擺動,它們是超維度的擺動。當前版本的弦理論總共需要10個維度,而更假設的超弦理論m理論需要11個維度。
  • 宇宙的維度
    從哲理上來講,宇宙肯定是無限的。這很容易證明。因為如果是有限的,那邊界外面是什麼呢?還是宇宙。所以宇宙是無限的。從廣義的概念來講,一個基本粒子,也許就是一個別人的星系,一個別人的宇宙,對他們來說,你這個星球還不夠大嗎?而你所在的,直徑九百多億光年的這個宇宙,可能只是別人的一個基本粒子,那麼他的「星球」,夠不夠大?所謂無限,並不只是指空間無限和時間無限。
  • 宇宙的十個維度
    在日常經驗中,我們會立即覺察到周圍存在著三個維度——它們確定了宇宙中所有物體的長度、寬度和厚度(分別對應 x、 y、z 三個軸)。除了這三個可見的維度,科學家相信還可能存在著更多的維度。實際上,」超弦理論「的理論框架認為,宇宙存在於十個不同的維度中。
  • 宇宙裡到底有多少個維度?每個維度都代表什麼?
    實話實說,任何關於高維度的描述都不是純粹的科學概念,更多的都是一種科幻思想,而且想像和猜測的成分居多,也比較燒腦! 而對高維宇宙的理解有很多個版本,有說是十維度,十一維度,13維度,還有更高的維度! 而讓人感到匪夷所思的弦理論認為我們的宇宙有11個維度,除了我們能夠感知的四個維度,其他七個維度都捲曲在極其微小的尺度,我們根本感受不到。
  • 宇宙的十個維度
    「超弦理論」認為,宇宙同時存在於十個維度上。圖片來源:印度蒂魯吉拉伯國家技術研究所。當有人提及「不同的維度」,我們傾向於想到的是類似平行宇宙這樣的東西——與我們現實平行的替身,只是那裡的一切以不同的方式在運作和發生著。但是,真正的維度,及其在宇宙秩序中所扮演的角色,和大眾的說法差別相當大。
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    人類一直在探尋宇宙的大小,試圖通過各式各樣的天文望遠鏡找尋到宇宙的盡頭,而在這個過程中,我們一直遵循著宇宙相對論,量子力學等已知物理學知識,然而真的宇宙就一定要像你想的那樣嗎?在幾千年前,我們的先人就曾提出「至大無外,謂之大一;至小無內,謂之小一」的言論,若宇宙真的存在大小之分,那麼宏觀來說宇宙自然就沒有了盡頭,按照這樣的說法,在量子級的世界可能還存在有更小的未被認知的物質,也就是說,宇宙之外還有宇宙,微觀世界裡面一定還有另一個世界,只是以我們的能力來說無法探尋到而已。
  • 宇宙怎樣才能擁有多個維度?
    他們很快意識到,弦理論要想成立,宇宙中一定不止有我們習慣的四個維度。這種說法聽上去瘋狂,但其實有一定依據可循。維度災難在弦理論中,由振動的弦構成的環表現為各式各樣的粒子(如電子、夸克、中微子等等)和自然力的載體(光子、膠子、引力子等等)。這是通過弦的振動實現的。
  • 宇宙是如何擁有多個維度?
    根據已知的數學理論推斷,我們的宇宙必須有四個以上的維度。這是因為我們通常的時空並沒有給弦足夠的「空間」來讓它們以所需要的所有方式振動,好充分表達它們作為世界上各種各樣粒子的存在。換言之,弦不僅在擺動,而且是超維擺動。目前的弦理論需要10個維度,而一個更為假設的M理論需要11個維度。
  • 還沒找到四維空間的人口,為何科學家就敢斷定宇宙有11個維度?
    但許多科學家卻指出,宇宙共有11個維度,這個說法是否正確到現在還沒有定論,我們至今還沒能打開第四維度的大門,為何就有科學家認定這個宇宙擁有11個維度呢?11維度空間這個說法最初起源於物理科學家Edward Witten在90年代提出的M理論。Edward Witten在理論物理學做出了廣泛貢獻,主要是量子論、弦理論、拓撲和幾何形狀的相關領域。
  • 宇宙中的維度有多少呢?三維空間的憑空消失,可能只需要一個條件
    文/瑤堇雲詩宇宙中的維度有多少呢?三維空間的憑空消失,可能只需要一個條件人類對地球的探究,還有對有宇宙的研究,都是一直在進行著的,但是一直沒有什麼突破性的成果,自打維度空間提出來之後,我們才知道我們人類以及其他的一些生物都是生活在三維空間裡面的,對於維度空間,很多人都是知道的,一維是條線,二維是個面,三維就是個立體的空間了,也就是人類生存的地方,那麼宇宙中到底有多少個維度呢?難道只有三個?還有更高的維度嗎?
  • 宇宙有幾個維度?更高的維度真實存在嗎?
    在M論中,宇宙是十一維的,只是其中的7個維度空間蜷縮到了我們觀察不到的地步。甚至還有一種弦理論認為,宇宙有多達26個維度! 高維時空的生命,比低維時空的生命存在的時間更長久、生命看見的時空更多更廣、智慧更加的廣大、能力更大。所以,相對於低維時空的生命而言,或者看低維時空的人的生命狀態:人的生命生老病死的幾十年,然後不斷輪迴,看不見另外的時空存在,看不見高維而高級的生命存在,智慧也低,就如同在夢幻中一樣的比喻。其實是生命境界的相對高低的體現。
  • 宇宙時空維度的概念關係 何為時空維度上的嵌套關係
    宇宙有很多很多的神秘的部分存在著,以目前人類的能力來看,我們以最大的能力來對宇宙進行無限制的窺探,卻發現我們的可觀測範圍的極限的930億光年也不過僅僅只是宇宙全局的一個小角落,而在可觀測範圍之外肯定還存在著極其宏大的空間。要說起謎團的話,肯定是要數我們明明可以感知得到的存在卻又不了解它的存在的事物了,這種事件確實是存在著的,比如暗物質,比如時間、比如維度。
  • 宇宙其他的地方存在四維或者更高維度的空間
    維度空間的定義小說和電影裡的維度,通常是指這樣一個平行的宇宙,它是一個和我們的世界相隔絕的獨立的空間,有一套不同的運行規則,那裡的人可以擁有超能力,還可以通過時空門進入另一個平行世界,這類的故事很有意思,平行世界可能真的存在,但是科學家說的維度並不是這個意思,同一個詞在流行文化中的含義和在科學領域的定義是完全不一樣的,這個其實往往是科學家的錯
  • 宇宙有多少個維度?「聽」1.3億光年外傳來的引力波怎麼說
    有很多物理理論認為,宇宙中除了已知的4個維度(3個空間維度和1個時間維度)以外,還存在更多維度。如果真的存在更多的維度,那麼關於宇宙的一些最撲朔迷離的謎題就很容易破解了。宇宙中發生大質量天體相撞的事件會產生引力波,假如真的有未知的維度,那麼引力波的一部分能量就會「洩漏」到其它維度,地球上測量到的引力波的振幅就會偏小。大質量天體相撞事件還會產生電磁輻射,比如伽馬射線暴。根據人們長期以來的觀察,電磁波不會洩漏到其它維度。
  • 宇宙有多少個維度?「聽」1.3億光年外傳來的引力波怎麼說
    ,宇宙中除了已知的4個維度(3個空間維度和1個時間維度)以外,還存在更多維度。如果真的存在更多的維度,那麼關於宇宙的一些最撲朔迷離的謎題就很容易破解了。比如,暗物質和暗能量。暗物質構成了宇宙的23%,我們看不見這些物質,也不知道它們是什麼,但我們可以感知它們的引力效應,所以我們相信它們確實存在。暗能量構成了宇宙的73%,它推動整個宇宙以令人難以置信的速度飛快地膨脹。
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    1.5維不要以為空間維度就一定是整數, 比如1.5維就挑戰了我們慣性思維。數學家早就知道,只要觀測的夠仔細,雲就不是團狀的,山峰也不是錐狀的,海岸線也不是弧形的。它們細微的輪廓比純粹的直線佔有了更多的空間,這樣的輪廓介於一維和二維之間,我們算作1.5維。