維度的本質是什麼？宇宙到底有多少維度呢？

2020-10-10 o比鄰o小K

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。


根據這個定義，我們確切地知道有四個維度：一個是時間，三個是空間。時間維度不需要解釋；例如，時間坐標的值可以是「1/1/2015，10：00：00 AM」。從直覺上看，這三個空間維度是長度、寬度和高度。

有些推測性理論預測或假設存在額外的維度，但它們的確切數目和性質因理論而異，而且沒有任何證據證明這些理論實際上是正確的。

一般說來，這些推測性理論中的推測性額外維度是空間的維度，儘管有些理論假定了額外的時間維度。 對於為什麼我們不能發現這些額外維度，也有不同的解釋。一種解釋是，額外的維度是「緊湊的」，即它們太小，我們無法檢測它們。如果它們不是緊湊的，那麼它們通常被稱為「大」的額外維度，並且假定我們被限制在高維宇宙(或多宇宙)中特定的四維表面。

時空是用一種叫做流形(通常是偽黎曼流形)的數學結構來描述的。物理學利用了許多其他抽象的數學結構，這些結構都有自己的維數定義。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。

第一維度：一條線。任何一行。從一個點延伸到另一個點的一條線，沒有任何寬度可言。這樣的實體並不真正存在於我們感知世界的方式中，因為在我們的實際視圖中，每一樣東西都有有形的長度和寬度(不管有多小)。但作為一個抽象的概念，我們可以很容易地掌握這一點。

第二維度：平面。當你增加線條的寬度時，平面就會出現。雖然一個平面比一條不可能的細線更容易想像，但它仍然不可能完全存在於我們所知道的現實中，因為地球上的每一樣東西，甚至一張紙，都有一定程度的深度或厚度。

第三維度：空間。這是我們的世界。就像一條線從側面釘在平面上時，當你從另一個角度「膨脹」它時，它就成了我們這個世界上的一個物體。我們用長度、寬度和深度來觀察每件事--但僅此而已。第三個維度涉及深度(z軸)，並給所有物體一種面積感和橫截面感.。這方面的一個完美的例子是一個立方體，它存在於三維，有長度、寬度、深度和體積。

根據科學家們的說法，除了這三個維度之外，還有七個維度，我們並不能直觀可見，但我們仍然可以認為它們對我們所知的宇宙和現實有直接的影響。這些額外的維度還沒有命名。

第四維度：本質上，這是時間。科學家們相信，第四維度支配著所有已知物質在任何特定點的性質。與其他三個維度一起，了解一個物體在時間上的位置對於繪製它在宇宙中的位置是至關重要的。想像一下此時此刻的自己。現在，想像一下五分鐘前，去把握一個從第四維度觀察到的世界(就像我們從第三維度觀察到的那樣)，想像一下你身體上的每一個變化都是沿著時間線連接在一起的。如果我們說「我明天上午10點在家裡和你見面」，這句話就更有意義了。

其他維度是更深層的可能性發揮作用的地方，解釋它們與其他維度的互動使事情變得特別棘手。

第五維度：根據超弦理論，第五和第六維是可能世界的概念產生的地方。超弦理論試圖通過將它們建模為微小的超對稱弦的振動來解釋所有的粒子和自然力。如果我們能夠直視到第五維度，我們將看到一個與我們自己的世界略有不同的世界，這將使我們能夠衡量我們的世界與其他可能的世界之間的相似和差異。

第六維度：在第六維度中，我們將看到一個可能世界的平面，在那裡我們可以比較和定位所有可能的宇宙，這些宇宙是以與這個宇宙相同的初始條件開始的(即宇宙大爆炸)。從理論上講，如果你能掌握第五維和第六維，你就可以及時回溯或者走向不同的未來。

第七維度：在第七維度中，你可以進入以不同初始條件開始的可能世界。而在第五和第六，初始條件是相同的，後續是不同的。在這裡，一切都是不同的。

第八維度：第八維度再次給我們提供了這樣一個可能的宇宙歷史的平面，每一個都以不同的初始條件開始，並無限延伸出來(因此它們被稱為無窮大)。

在第九維度，我們可以比較所有可能的宇宙歷史，從所有不同的物理定律和初始條件開始。在第十個和最後一個維度中，我們到達了涵蓋所有可能和可想像的事物的地步。除此之外，我們這些卑微的凡人無法想像任何東西，這就使它成為我們在維度上所能想像的自然局限。

第十維度：在這個層次上，一切可以想像和可能存在的東西都存在！

顯然，這些我們無法察覺的額外的六個維度的存在。我們只能感知到四個維度，可以用兩種機制來解釋：要麼額外的維度在很小的範圍內被壓縮，要麼我們的世界可能生活在一個與膜相對應的三維子流形上，在這個子流形上，除了引力以外的所有已知粒子都將受到限制。（又名：膜理論。在理論物理中，膜是一個可以允許有任意數量的維數的物體。在弦理論中，膜是最受歡迎的，因為它和弦一樣，是一個基本的對象。)膜在20世紀80年代後期被假設為弦理論的一部分。


科學家們相信，通過望遠鏡發現早期宇宙(即數十億年前)的光，他們也許能夠看到這些額外維度的存在是如何影響宇宙演化的。簡而言之，它試圖解釋我們宇宙中所有已知的力是如何相互作用的，以及其他可能的宇宙本身是如何工作的。

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  • 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。
  • 我們並未找到四維空間,為啥科學家說宇宙有11維度?
    我們經常聽到弦理論說整個宇宙是11維度的，但是我們實際生活的世界卻是3維的，另外的維度在哪裡？是不是科學家在忽悠大家？今天我就來談談這個問題。首先要區別兩個概念，宇宙有多少個維度，這是一個話題。我們生活的空間有多少個維度，這是另一個話題。
  • 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！ 四維時空中時間這個維度是單向的，只能是向前這一個方向。而五維度時空時間是雙向的，既可以向前也可以向後！也就是說你可以前往未來也可以回到過去！當然還有更高維度的時空。
  • 宇宙與維度空間的區別是什麼?
    宇宙是萬事萬物的總稱，維度空間只是對宇宙進行空間劃分（觀測式）現在的天體望遠鏡每過一段時間就會升級，從而觀測到更遠的宇宙範圍。早期的伽利略式望遠鏡發現以前人類不可以知的太陽黑子、木星的衛星，甚至為哥白尼學說找到了確鑿的證據。從這以後的天文學得到長足的進步。光學技術的發展讓望遠鏡變得更大，看得更遠。
  • 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。