在宇宙時空中到底有多少個維度?專家:最多可達26個維度

2020-12-05 百家號

我們所看到的世界,是由長、寬、高組成的三維空間,加入時間之後,就變成了四維,愛因斯坦告訴我們說,一維的時間和三維的空間組成不可分割的時空整體,而宇宙的時空是彎曲的。四維空間我們都可以理解,但是時空彎曲使我們的想像力受到挑戰,這並不是能直接觀察出來的。但是物理學家就是喜歡挑戰,他們不斷的引入新的維度,五維、六維、七維、八維、十維……等等,難道後面還有?小編我已經很難想像了,讓我們從零維開始,發揮我們想像力來挑戰思維吧。

1. 零維

零維可以理解為一個沒有長寬高的點。有人肯定會質疑,再小的點,在顯微鏡下都是有長度的,零維空間是否根本就不存在?的確,零維根本就不存在的,但接近零維的空間就在我們身邊。現在物理學家給我們展現微觀世界的許多古怪現象,其中包括一種叫「零維半導體」的結構,也就是通常物理學上的「量子點」。量子點雖然十分的小,但畢竟還是有體積的,可以讓一個電子剛好進入量子點中。量子點像是陷阱,當電子進入之後,它們就不能移動分毫的距離,完全被限制住了。而且即使我們從外界向一個量子點注入能量,不論能量大小都不能改變電子的狀態,而且進入多少能量就會吐出多少。這種古怪的特性物理學家視為零維結構,量子點可以通過電子和光子的轉換儲存傳遞信號,用在未來的量子計算機或者更高領域。

2. 一維

一維是一條直線,牛頓的定律在一維空間中可以起作用,一維空間的物體可以前後運動。在量子學家看來,一維空間是真實存在的。比如,他們會製造一個十分狹窄的隧道只能讓電子前後運行。通常兩個電子相遇,電荷因同性相斥的原理會給對方讓路。可是如果在一維空間隧道中,只能前後運動,那麼兩個電子就會相互發生作用而產生一種奇怪的現象。一個電子具有電荷,而另一個電子是自旋狀態。一維空間的古怪現象量子學家已經司空見慣了,科學家目前正在研究一維碳納米管,準備以它作為導體或半導體材料,用來制未來的量子計算機。

3. 1.5

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。

4. 二維

二維在數學上是兩條線交叉的平面,但是在物理學中也能實現應用。2004年,科學家首次在實驗室產出「二維物質」,只有碳原子後的平板,類似於人們熟悉的石墨。當我們把電子用強大的磁場限制在二維層面的半導體材料中,並冷卻到絕對零度的1/3時,人們認為不可分割的電子就會破裂成多個粒子,每一個粒子都會擁有電子的部分電荷。這些粒子被稱為「任意子」。總之,在二維的平面空間,從新型藥物到平行宇宙等等事物都會成為可能,等待人類未來的突破和發現。

5. 三維

我們所生活的世界是在三維空間中,根據弦理論,空間可以從零維到十維的任意模樣,這讓物理學家很困惑,既然各種可能的維度都存在,為什麼我們生活在三維的宇宙中,這該如何解釋呢?2005年,美國物理學家在計算計算發起「維度戰爭」,他們用計算機模擬了不同的維度空間,然後相互碰撞彼此產生作用,最後經過爭鬥,三維宇宙和七維宇宙最後倖存了下來,不過這並不能作為我們生活在三維空間的證明。

6. 四維

相對論中提到時間和空間融合成為一個整體——時空。但是這是兩個不同的維度,我們可以在三維空間任意方向旅行,但是在時間維度中只有一個方向。為什麼會這樣呢?

相信大家都知道光也是有速度的,我們所看到的太陽是8分鐘前的太陽。根據相對論,光速在真空中只能無限接近,無法超越。所以物理學家認為,正是由於光速的限制,讓時間這個維度變的和三維空間不同。如果可以超越光速,很可能時間就會停止或者倒流。

7. 五維

我們了解了擁有時間的四維,在這個基礎上,1919年,德國的科學家卡魯扎寄給愛因斯坦一篇論文。他認為四維時空增加一個第五維,引力和電磁力就有可能統一成一種力。後來到了1999年,美國科學家發現,如果真的有第五維,就可以解釋一個令人煩惱的謎團,既為什麼引力比自然界的其他力要弱。根據五維時空模型,四維時空處於一個空間無限大負曲率的五維空間上,其中一部分引力洩露在四維時空膜上,處於四維時空的我們就發現了引力。同時,加拿大科學家提出一個石破天驚的觀點,認為五維時空曾經存在,後來破裂成兩部分,一部分是我們的四維時空,另一部分是我們世界所有東西的質量!這個理論解決了為什麼萬物都有質量的難題,而且還解釋了宇宙開端前的奇點。根據大爆炸理論,無限大的溫度和密度,所有物理理論都失效了。

打個比方,生活在二維空間的生物永遠想不到一個金屬點為什麼會有極大的質量。但是對於三維空間的生物,那只是扎在一張紙上的針而已。所以,我們不能理解奇點的無限密度和大爆炸的超光速膨脹,但是對五維時空的生物來說,這並沒有什麼奇怪的。

8. 十一維

1995年,美國科學家提出一種叫做M論的理論統一了各種弦理論。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,宇宙有多大26個維度!

我們沒有提到七維、八維、久維或者3.5維之類的宇宙,是因為物理學家無法設計出那樣維度的時空,它們違背了物理學的原理。如今物理學分為兩類,一派認為宇宙是固定的維度,就是我們所生活的真實空間結構。另一派認為,存在很多不同維度的時空宇宙,我們只是恰好生活在四維時空中。

小編相信後者,因為我們受限於這個時空,所以我們感覺在宇宙中似乎沒有鄰居。但是未來我們很有可能打開另一個維度的時空,那時或許會發現一個更豐富多彩的世界。

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    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。
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    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。
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  • 有多少個維度的宇宙, 一文秒懂從一維宇宙到十維宇宙。
    人類作為三維物體可以理解四維時空(三個空間維度和一個時間維度)但無法認識以及存在於四維空間,因為人類屬於第三個空間維度生物。通常所說時間是第四維即四維時空下的時間維度。    四維時空  加上時間一維,我們的世界是四維的,合稱時空。在這個時空中你要準確標定一個點,需要四個數字,比如:吳中東路、古宜路交界,三樓,下午五點。