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深度長文:從1維到11維,我們的宇宙到底是幾維的?

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90年代,劉易斯、亞倫(Louis Allen)提出的M理論, 從1維到11維度宇宙這個說法正是起源于很早就被提出來一個名為M理論中。

而在物理學(xué)中,如果想要描述一種變化著的事物,那么這個變化的參數(shù)就叫做維,至于1維到11維表示什么,就很好理解了,那就是有幾個參數(shù)就有一個維。



眾所周知,我們生活在一個3+1維度的宇宙中,這個宇宙包括三個物理維度和一個時間維度。我們可以在三維空間中保持靜止,但它在時間維度上是單向的、不可逆的,而這并不是宇宙的巔峰,從1維到11維的出現(xiàn),讓我們對宇宙空間又了嶄新的認(rèn)知。

1、首先我們從1維開始:

1維:點(diǎn)

已經(jīng)存在的0維中的一個無限小的點(diǎn),它擁有無限大的質(zhì)量和引力,沒有我們所認(rèn)知的長寬高和形狀,這時對應(yīng)面又存在一個相同的點(diǎn),將兩點(diǎn)連成線就是1維,它有長度,沒有寬度和深度的線,只是有很多很多的點(diǎn)組成的一條直線。

因此,我們可以理解為,1維是沒有寬度,只有長度的線,它的截面是一個點(diǎn),就是0維。



2維:面

2維空間,也是我們所熟知的,我們可以把它理解為一個平面圖,其實(shí)它就是一個面,我們可以看到它的寬度和長度,由無數(shù)的線組成的面,卻沒有高度,比如三條線可以圍成一個三角形,四條線可以圍成一個長方形,只是這個2維平面,它不限制是多少線組成的,無數(shù)個也可以,而且由于它只是一個平面,就不存在高度3維空間最好理解。



3維:體

3維便是我們所生活的空間,由無數(shù)個面組成,是長高的立體,比如六個正方形的面可以組成一個正方體,我們?nèi)梭w就是由多個面形成的3維空間,是我們現(xiàn)在所看到、所感受到的世界。

那么,也就是說,目前我們所在的現(xiàn)實(shí)世界其實(shí)就是一個3維空間,它具有長度,寬度也有高度,3維空間可以說是一個標(biāo)桿,我們后面所說到的由物理和數(shù)學(xué)這些學(xué)科引進(jìn)的多維空間概念,都是以3維空間為基礎(chǔ),在此之上做的科學(xué)抽象。

以此類推,每增加一個維度,都是有規(guī)律可循的,簡單來說就是建立在原有的參數(shù)中,又增加的維度。



4維:一個時空的概念

4維就是一個時空概念了,就相當(dāng)于在我們前面說到的3維空間的基礎(chǔ)上增加了一條時間軸,并且我們所說的這一條時間軸是一條虛數(shù)值的軸,也就是并不確定時間,也正是因?yàn)?維空間時間的不確定,所以在所有時間上都有無限可能。

簡單來說,4維就是某一個維度的截面,而且一定是比該維度低一維度的維度,因此,4維的截面應(yīng)該是一個3維空間。

簡單地來說,人類是生活在4維時空的3維生物,我們從現(xiàn)代到未來的時間線是有規(guī)律的直線,而4維生物就比較牛了,可以從出生就能夠看到未來的所有事情,并且可以在任何一個維度里來回穿越。

對于4維生物來說,可以選擇任何時間段,可以是開心的,也可以是少年時期的那段,4維生物沒有生命限制,并不像生活在3維空間的我們。



看到這里,你是不是有離永生只有1維的挫敗感呢,聊完牛叉的4維,我們再接著說5維。

5維:平行宇宙

5維是建立在4維的基礎(chǔ)上,又增加的一個維度,我們可以理解我和平行宇宙的概念。

而對于存在5年的生物來說,好比他們的人生不需要面對太多的選擇,只是在每一個人生的岔口停留幾分鐘,然后根據(jù)每一個岔口的結(jié)果,來選擇對應(yīng)的人生就可以了,對于5維的生物,只需要記住命運(yùn)掌握著自己手里就一個OK了。



6維:時間軸

要說5維的生物是命運(yùn)的主宰,那么6維生物就是時間的主人了,直接跳躍人生的努力過程,只需要享受名利雙收,豪宅豪車的富裕生活就可以了。

可以說6維,就是任意跳躍所有可能性的時間軸,來回與時間之間穿梭在各種平行宇宙之內(nèi)。



7維:跨度

關(guān)于宇宙大爆炸理論的成立之前,假設(shè)一個存在多種可能的宇宙,那么7維的角度,就會讓我們看到宇宙以外的地方。

7維存在的生物,不再是只是選擇自己的命運(yùn)和享受人生,而是跨度到宇宙以外,可以說他們是見證宇宙自誕生到終結(jié)的生物。



8維:超越

8維就需要我們把一切不可能變?yōu)榭赡,超越平行宇宙范圍的更多宇宙可能性,以宇宙光速為例?0萬到達(dá)光速,在8維空間中,增加了成千上萬的倍數(shù),使得8維生物可以直線到達(dá)任何他們想要去的各個種類的宇宙。

從9維到11維,那就需要跳出我們的想象,估計是另外一個新的世界維度,這就需要你在評論區(qū)的討論了。

以上講述了從1維到11維,我們再來說說宇宙到底是幾維吧?

2、答案:4維!

目前我們的理解和認(rèn)知中宇宙就是4維時空,與其說宇宙是4維,不如說宇宙存在4維,因此也有“人類是生活在4維時空的3維生物”的說法存在。

具體依據(jù):

對于地球來說,人類在遠(yuǎn)古時期的理解是“天圓地方”,對于古時候的祖先來說,他們腳踏“實(shí)地”,從平行線視野的角度看整個地球,具有千里眼的話,也只不過是千里而已,更何況普通的人類,視野有局限性,最多也只能夠看到數(shù)十上百公里左右。

而對于周長40000公里的地球來說,人類單從視線的角度看的話,只是看到了幾百分之一的長度而已,就算把當(dāng)今人類所有已知的科技全堆起來,也沒辦法讓你加速到光速的千分之一。



對此,科學(xué)家們還做過一個不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕y(tǒng)計,就是說如果從公元前5萬年開始計算,截止到2017年,在這個世界上曾經(jīng)生活過的人類的總數(shù)量大概是1080億。

那么,在這1080億人里面,只有12個人到達(dá)過距離地球一光秒以外的地方,也就是指月球,而它距離地球38萬公里,光要走1.28秒,而光速度大于我們極限速度的千分之一,鑒于這一點(diǎn),可以說我們根本走不到一光秒以外的地方,自然也就無法理解4維空間。

人類的實(shí)際的經(jīng)歷和直觀的感受,使得我們無法直觀地去看到3維以外的維度,但是這并不代表,就阻攔了我們的對宇宙的想象力,宇宙對于人類來說,從古至今,都是一種神秘的存在,讓我們對宇宙充滿了無限的遐想空間。

可以說,不論是我們的知識面,還是我們的想象,宇宙從一開始的定義就是4維的,因此你也可以把自己定義成3維以外的生物。



既然宇宙是4維,那么也可以說是4維時空,這并不是指數(shù)學(xué)和幾何中的4維,而是物理中的4維空間,有著很大的區(qū)別。

而既然是物理學(xué)的4維時空,除了方程式以外,還需要有真實(shí)依據(jù),那具體是什么呢?

眾所周知,牛頓為物理學(xué)打下了地基,在狹義相對論出來之前,那就是“經(jīng)典力學(xué)”,指萬有引力、電磁力、強(qiáng)核力和弱核力,而強(qiáng)核力和弱核力的作用距離非常短,小于1納米=10的負(fù)9次方。

這樣的結(jié)果,也就是說4個力只剩下兩個,萬有引力和電磁力,而如果排除萬有引力不說的話,我們曾經(jīng)學(xué)過的所有經(jīng)典力學(xué)問題的本質(zhì)上都是電磁力。

電磁力的物理基礎(chǔ)是麥克斯韋方程組:



這組公式是整個電磁學(xué)的基礎(chǔ),包攬了世界萬物,比如你和我,有了于麥克斯韋方程組,也就有了4維時空的出現(xiàn),而在這之前,有電和磁,只不過像超距作用的靜電力、磁力和引力一樣,在麥克斯韋方程組公式里,沒有出現(xiàn)過速度和時間的概念。

而宇宙的極限速度是光宗洛倫茲變化,第四個軸是時間軸,而光宗洛倫茲變化的出現(xiàn),有了狹義相對論和4維時空,就是這個所謂的宏觀宇宙。

而在劉慈欣的著作《三體-死神永生》中所寫道:

“你是說,田園時代的宇宙是4維的,那時的真空光速比現(xiàn)在高許多?”

而通過光速c,也就是宇宙限速的30萬公里/秒,才有了 E=mc^2,我們又進(jìn)一步了解了太陽的工作方式,才了解了核聚變,而又因?yàn)橛辛藭r間膨脹,我們的衛(wèi)星定位才能如此精確等等的。



3、宇宙是4維,引力波給出答案!

然而,僅僅基于這些證據(jù),我們無法更準(zhǔn)確地確定,我們需要進(jìn)一步找到答案,這時,引力波出現(xiàn)了。在愛因斯坦預(yù)言引力波存在100年后,2015年9月14日,激光干涉引力波天文臺發(fā)現(xiàn)了距離我們13億光年以外,由兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波,這是人類首次發(fā)現(xiàn)引力波的存在,為宇宙到底是幾維的答案,奠定了基礎(chǔ)。

只是沒有具體的數(shù)據(jù),并不能更好地證實(shí)黑洞合并這個說法,,直到2017年8月17日,從探測到兩顆中子星的合并中找到了答案,因?yàn)橹凶有堑暮喜⒂须姶努F(xiàn)象,這也是人類天文學(xué)史上第一次可以利用引力和電磁波分別分析觀測結(jié)果,然后進(jìn)行交叉驗(yàn)證,這也標(biāo)志著人類天文學(xué)進(jìn)入了一個全新的時代,叫做多信使天文學(xué)。

而這一觀察結(jié)果,得出了兩個結(jié)論:

1、這兩顆合并的中子星位于銀河系之外,位于蛇夫座的橢圓星系NGC4993,距離地球1.3億光年,尺寸上足夠大。

2、當(dāng)我們觀察引力波時,我們在天空的同一位置探測到了短暫的伽馬風(fēng)暴,伽馬風(fēng)暴到達(dá)地球的時間比引力波短1.7秒,這是1.3億光年的距離,這說明在大尺度上,引力波的傳播速度仍然等于光子的傳播速度,最后,通過引力波的頻率、兩顆中子星的質(zhì)量和傳播距離,科學(xué)家最終可以測量出引力波的強(qiáng)度變化。

以此類推,我們也從而得出了一個結(jié)論,4維時空并非是想象出來的事物,而是真實(shí)存在的,它也就像我們漸漸地所熟知的宇宙時空一樣,是有依據(jù)可循,可以探索的,因此宇宙存在4維。

總的來說

宇宙浩瀚無邊,對于我們來說,它充滿著無盡的吸引力,總是讓我們不斷地去探索未知的宇宙世界,而目前的人類所能夠看到的一切事物,都只是過去式,未來對于我們來說,有無限可能,宇宙是4維,我們在不斷的用科學(xué)知識所證實(shí)。

至于是不是存在5、11維度,甚至是更高維度呢?那么需要時間和科學(xué)家們來證實(shí)了,而想要發(fā)現(xiàn)新的維度,說不定N年之后,你在評論區(qū)的言論,正好是新維度的答案呢!

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