宇宙中只有三維空間嗎?多維空間人類能生存嗎?這些定律解釋真相

2020-12-04 宇宙科學天天看

大多數人從未想到過質疑這一事實,即宇宙存在於三維空問和一維時間中。人們會認為事情本來就是這個樣子的。為什麼我們認為理所當然的事情正好就是那個樣子的?一些最重要的科學發現都是從詢問這個問題開始的一一一舉一個著名的例子,為什麼蘋果會從樹上落下來?為什麼月亮繞著地球轉?這類問題使艾薩克·牛頓洞悉了引力本質。在此處,舉這個例子是非常合適的,因為空間有三維這一事實與牛頓的觀點關係密切。17世紀80年代,牛頓論述說,類似地球的行星位於類似太陽的恆星的穩定的軌道上,要遵循最重要的定律之一一一引力的平方反比定律。

根據這一定律,兩物體之間的吸引力與這兩物體之間的距離的平方成反比關係。 愛因斯坦的廣義相對論,用彎曲的空間解釋這種關係,但是這並不影響基本觀測事實,即這一定律確實是以這種方式發揮作用的。愛因斯坦提出廣義相對論後,並沒有推翻牛頓關於引力的描述,而是將牛頓的描述囊括其中一一蘋果不會以不同的方式從樹上掉下來,月亮也不會改變它的運行軌道。

有趣的是,平方反比定律是允許存在穩定軌道的唯一的定律。以負反饋為例,在我們的宇宙中,如果地球的軌道無論向哪個方向稍微偏移一點點,它繞著太陽轉的速度加快或減慢一點,平方反比定律就會將它調整回目前的軌道。這是由於地球在其軌道上的運行速度與太陽對它的吸引力之間保持著平衡一一簡單地說,就是離心力和引力之間的平衡。但假如存在這樣一種宇宙,在這種宇宙中,引力定律如果遵循立方反比定律的話,行星的運行軌道將是不穩定的。在這種宇宙中,如果一顆行星的運動略微放緩,並且離它的太陽稍近時,它就會感受到這個太陽施加給它的一種強大的力量,這種力量把它螺旋向內拉向太陽,直至把它拉人太陽中而消亡(引力勝);在這種宇宙中,如果一顆行星的運動略微加快,並且稍微遠離它的太陽時,這個太陽對它的吸引力就會減弱,它就會漂人太空(離心力勝)。在這種宇宙中,即使是非常微小的變化,如由一個隕石撞擊而引發的變化,都將是災難性的,這是正反饋作用的結果。 不光是立方反比定律,在其他種類的引力定律作用下,也會發生類似的事情。離心力和引力之間的平衡,允許行星沿著穩定的軌道運轉,而離心力和引力之間的平衡只會遵守平方反比定律。

此外,廣義相對論指出,萬有引力定律的維數總是比空間的維數少1,廣義相對論用這一點來解釋平方反比定律。在二維空間中,兩個物體間的引力與它們之間的距離成反比;在四維空間中,兩個物體間的引力與它們之間的距離的立方成反比,以此類推。因此,行星的運行軌道只有在三維空間中才是穩定的。

大概就在研究人員發現以上規律的時候,即20世紀的前30年,他們還發現,電磁方程組(19世紀,蘇格蘭人詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(Scot James Clerk Maxwell)發現了此方程]也只能適用於在其軌道上運行,而電磁把原子和分子聚集在一起構成了人類。1955年,就在休。 埃弗萊特提出多世界構想之前,英國宇宙學家傑拉爾德。惠特羅(Gerald Whitrow)就曾經提出,我們所觀察到的, 同時也是我們正在居住的宇宙,在空間上只有三維,是因為觀察者只能生活在三維空間(加上一維時間)的宇宙中。

如果生命只能在三維空間生存,而且我們確實活著,那麼發現我們自己處於一個三維空間的宇宙中,就不足為奇了。但是,這並不是說,其他維度的宇宙是不可能存在的一隻不過,這樣的宇宙無法孕育生命。從20世紀50年代起,這種觀點導致了宇宙「系綜」這個概念的發展,世界的某些地方存在著所有可能的宇宙,但生命只能存在於那些條件適合生命生存的宇宙中。這種系綜觀點從多世界構想的量子解釋中獨立發展出來,它的提出早於多重宇宙一詞現代意義的使用。 從其基本形式看,它並沒有告訴我們其他那些宇宙到底在哪裡,但它的確為宇宙巧合提供了一種解釋。

讀完大家是不是對多維空間有了深刻的了解?宇宙的奧秘等待我們人類繼續孜孜不倦的探索,小編堅信未知的宇宙中還有更多值得我們去學習和探索的東西。如果這篇文章對你起到了幫助,可以點讚轉發加關注,感謝大家的支持!

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