藍少科學:通過二維空間的螞蟻,如何理解更高的高維空間

2020-12-05 大臉貓愛綜藝1

今天我們來講講怎麼去理解高維空間,我們知道,在我們的宇宙當中,80%以上的物質都是看不見摸不著的暗物質,如果我用暗物質做成一堵牆,你是可以輕鬆地、視而不見地從這堵牆裡面穿過去,但是我們又確確實實可以感受到暗物質在提供引力,否則的我們不會看到光線通過一片空白的區域,平白無故地發生偏折,銀河系也不會在旋轉的同時不會把其它星系甩出去。所以科學家們反著推理過去,認為應該存在一種暗物質,暗物質和電磁波沒有相互作用,所以不會反射光線,我們看不到它的存在,但是它提供引力,又無處不在。人類的科學家一直在努力想去抓住一個暗物質粒子,想要探測它的存在。

著名的華人物理學家、1976年的諾貝爾物理學獎獲得者、麻省理工學院的丁肇中教授,他曾經就安排發射了所謂的阿爾法磁譜儀,1997年發射,就是為了去直接發現暗物質,直接俘獲暗物質,但好像20年過去了,至今也一無所獲。人類科學家一直希望能夠真正地抓到一隻暗物質粒子,從而直接證明暗物質的存在,但是你有沒有想過,有沒有可能,暗物質粒子從本質上永遠沒有辦法被找到呢?其實也不是沒有這種可能,這我要說一個猜想,這個猜想可以幫助我們更好地理解什麼是高維空間。我們來想像一個螞蟻王國,假設螞蟻們生活在一張巨大的紙面上,螞蟻生活的紙面它是一個二維的世界,因為是一個平面。

這時我們在紙上放很多小磁鐵,這些磁鐵都是很小、長條形的,這種長方形磁鐵都有南北極。因為這些磁鐵自己會產生磁場,它們之間也會產生相互作用,螞蟻當中的科學家就會根據這些磁鐵之間相互運動的規律,總結出一套在二維空間當中存在的,類似於我們三維空間中的「萬有引力」, 那麼本來螞蟻們是過得好好的,它們也對自己的智慧非常得意,覺得一切盡在掌控。這個時候,作為「人類」,一個遠高於螞蟻的高等生物,對於螞蟻們來說,我們人類就好像是上帝一樣。這個時候我們如果拿一塊大磁鐵放在紙的上方,不斷地抖動,那麼紙面上的小磁鐵,由於受到紙面上懸空的大磁鐵磁場幹擾,小磁鐵就會在紙面上運動起來。

這下螞蟻們就慌了,這跟它們平時總結出來的「萬有磁力」完全不一樣,難道它們的「萬有磁力」不正確嗎?也不對,它們做了關於很多這些小磁鐵的實驗,不可能出錯。但是這些小磁鐵確確實實感受到了外來的磁力,但是這個磁力的源頭看不見摸不著,它們不知道這個力是哪裡來的,因為它們生活在二維的平面,大磁鐵在三維空間,對它們來說是在一個更高維度的空間當中。那麼對於螞蟻來說,在紙面之外是更高的維度。於是螞蟻們就總結出來,它們的二維平面存在著一種「暗磁鐵」,這種「暗磁鐵」看不見摸不著,沒有辦法直接抓到,但是紙面上的小磁鐵又感受到了這些「暗磁鐵」的磁力,奇怪地運動著。

為了解決暗磁鐵的問題,螞蟻王國的科學家們絞盡了腦汁,發射了一個「貝塔磁譜儀」,來試圖抓住暗磁力的粒子,不過這必然是徒勞的,因為它們不知道三維空間的存在,它們理解不了更高的維度,那麼它們更加想不到這個暗磁鐵的根源其實是在更高的維度裡面。那麼看完這些粒子,你是不是對我們三維空間更高的高維空間有一個更加深刻的理解了呢?為什麼我們探測不到暗物質,雖然不能直接說是高維空間,但是暗物質給我們的感受恰恰就是這樣。所謂的暗物質產生的引力也有可能是只存在於高維空間當中的海量物質,在我們的三維空間當中產生的效果,但是它並不存在於我們的三維空間當中,所以我們沒有辦法探測它。

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