第五維,也就是四維空間。嗯哼?空間不是只有三維麼?是的。那怎麼變成四維了呢?這事啊,還得從牛頓開始說起。
當初,牛頓首次用微積分建立了一組微分方程,提出了牛頓三大定律和萬有引力公式,建立了牛頓力學。後來,麥克斯韋用一組偏微分方程建立了麥克斯韋方程組,提出了電磁場概念,建立了電磁學。麥克斯韋認為電磁現象就是電磁場作用,並預言有電磁波的存在。很快,電磁波被發現。物理學界一片歡騰,物理學大廈終於可以竣工了。可很快就發現,這個新來的電磁波真是一個熊孩子,叛逆好動,把快要竣工的物理學大廈拆得都快搖搖欲墜了。一時間,物理學家們全都討論起這個電磁波來了。電磁波究竟怎麼啦?物理學家們發現,光原來也是一種電磁波,而新發現的X射線,居然也是一種電磁波。這些都還不算什麼,後來發現還有光電效應,這就太熊孩子了。後來又發現光和電磁波居然是有速度的,速度居然是一樣的,而且速度居然還是不變的,這簡直是極品熊孩子啊。牛頓力學和電動力學(麥克斯韋電磁學)都拿他沒辦法。這時愛因斯坦橫空出世,他潛心研究電動力學,用量子化概念,解決了光電效應難題,直接推動了量子力學的建立。愛因斯坦繼續潛心研究電動力學,用相對論概念,解決了光速不變難題,直接推動了廣義相對論的建立。可令人瑟瑟發抖的是,原本是為了解決電磁學難題而提出來的廣義相對論愛因斯坦場方程,也就是那個用曲面幾何張量來表達的二階非線性偏微分方程,居然可以推導出牛頓萬有引力公式,廣義相對論居然是一個可以涵蓋牛頓定律和萬有引力公式的引力理論?不過瑟瑟發抖之後的愛因斯坦反而大為興奮,引力和電磁波原來是一家門啊。所以,愛因斯坦就繼續潛心研究,想建立一個統一的理論,能夠用一個統一的公式來計算力學和電磁學的各種物理現象。儘管引力和電磁波看起來是親兄弟,但是愛因斯坦拼盡了老命來撮合,這倆熊孩子就是不肯玩到一起。愛因斯坦最終也沒能建立一個可以把牛頓定律和麥克斯韋方程組都包含進去的新公式。
與此同時,隨著量子力學理論和實驗的發展,物理學家們又在原子核內發現還有兩種力,即:弱核力和強核力。這樣就知道了,自然界的力一共是有四種,即:引力、電磁力、弱核力、強核力。物理學的未來不是統一兩種力,而是要統一四種力啊。
很快,電磁、弱、強這三種力的統一理論就建立起來了。但是,之後至今,卻一直不能說服或徵服引力,實現最終的大統一。物理學大廈在臨近封頂之時,卻始終未能找到封頂之術。
物理學家們也提出了各種方案,試圖實現大統一,但是皆有不足。目前,最熱門的大統一方案是弦理論,弦理論就是基於第五維假說而建立的。
什麼是第五維?
牛頓力學認為,空間是均勻的、平直的、無界的、無限的,時間也是均勻的、無始無終的,時間和空間都是絕對不會變的,這就是絕對論。麥克斯韋電磁學也是這樣認為的。愛因斯坦廣義相對論認為,宇宙就是時空,時空是四維的,即一維時間和三維空間,時空是不均勻的、彎曲的、無界的、有限的、是有開始的,時間和空間不是絕對不會變的,是相對的會變的,這就是相對論。根據相對論,時空是四維的,是彎曲的,這就像大地看上去感覺是個平面,但實際上卻是個曲面。這種現象就是,在大尺度範圍是彎曲的,在小尺度範圍是平直的。大地如此,宇宙也是如此。大地是往三維空間去彎曲的。那麼四維時空往哪裡去彎曲?難道是往第五維去彎曲的?有人就提出可能有第五維的存在,並建立了數學模型。第五維,也叫做四維空間。通過第五維假設,就可以解決暗物質、暗能量的困惑。但是,後來發現第五維並不能解決所有問題,就又引入了更高維。目前,超弦理論已經引入到第十維,M理論已經引入到第十一維。
按照弦理論,三維空間的實體,是高維空間實體在三維空間的漣漪。所以,為什麼佔宇宙大多數的暗物質和暗能量不可見,那是因為他們的大部分身體都藏在高維空間裡,在三維空間的只是他們的漣漪,也就是露出了一小部分。這就像漂浮在海面上的冰山,可見到的只是露出海面上的一小部分冰山,冰山的大部分身體其實都在海面之下。
第五維和高維空間是弦理論的最大亮點和支撐點,但是第五維或高維空間的假設也引發了很多悖論。
如果存在高維空間,那麼每個人在三維空間中的身體就只是他實際身體的一小部分?那就可以推導出,即使這一小部分被斬被殺了,不應該傷及或影響其大部分吧,應該可以再露出另外的一小部分來吧?由此可以得出推論,人是不可能被殺死的,除非是高維世界裡在殺,但是又為什麼每次的殺都會在三維空間中表現出漣漪?除非三維世界的人真的是永遠也不會理解高維世界的套路?
如果存在高維空間,並且可以實現降維漣漪,即高維的可以降維到三維,那麼三維的應該也可以降維到二維呀。可現實是,根本就不存在二維空間或二維世界。
如果存在高維空間,為什麼卻不存在二維空間或二維世界?為什麼至今也沒發現有二維空間或二維世界的存在?這是沒有道理的呀。
看來,楊振寧不看好弦理論是有道理的。玩數學可以,但不能玩成科幻,更不能玩成玄學。
所以,可以肯定,第五維或四維空間是不可能存在的,更高維那就更不可能存在了。