二十六維空間,時空超弦理論

文章作者:黃姝 | 2015-08-21
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如果你看懂了《盜夢空間》,應該知道什么是維度空間,我們所在的空間一共有十一維空間,一維空間只有一條線只有長度沒有寬度,二維空間是平面世界,只有長寬。以此類推,四維空間加上了時間。那二十六維空間又是什么呢?文章底部有關于"二十六維空間"的相關視頻,敬請觀看。

二十六維空間

1968年,超弦理論被意外發現。兩位年輕的理論物理學家在歐洲核子研究中心意外發現十九世紀數學家尤拉完成的尤拉貝塔函數竟然符合幾乎所有描述基本粒子強交互作用所需的全部特質。

什么是弦論?如今,相當一部分物理學家相信他們終于發現了一個框架,有可能把這些知識縫合成一個無縫的整體:一個單一的理論,一個能描述一切現象的理論,這就是弦論.弦論可以用來描述引力和所有基本粒子。它的一個基本觀點就是自然界的基本單元, 如電子、光子、中微子和夸克等等, 看起來像粒子,實際上都是很小很小的一維弦的不同振動模式,正如小提琴上的弦。

超弦理論認為:宇宙真正的時空,其實是一個十維的空間,其中四維是愛因斯坦的時空流形,另外一個和它’垂直’的還有一個很小很小的六維流形。在這個十維空間中,有一種最小單位的弦縱橫其中。以類比的說法,十維空間是宇宙這座大琴的音箱,撥動這些弦造成不同的音高與音色,于是產生不同的基本粒子,進而發展出所有的物質與作用力。

而最重要的一點是我們只能在二十六維空間里定義超弦理論,否則就無法用弦論整合已知的物理定律。根據愛因斯坦的廣義相對論,我們之外有著更多的空間,因為時空不是絕對的,而是相對的,空間是可以被改變的,所以,從我們生活的四維空間衍生出其它的空間也是有可能的。

"維"的定義

一維是線,二維是面,三維是靜態空間,四維是動態空間。

我們在物理學中描述某一變化著的事件時所必須的變化的參數。這個參數就叫做維。幾個參數就是幾個維。比如描述“門”的位置就只需要角度所以是一維的而不是二維。

簡單地說:0維是點,沒有長、寬、高。一維是由無數的點組成的一條線,只有長度,沒有寬、高。二維是由無數的線組成的面,有長、寬沒有高。三維是由無數的面組成的體,有長寬高。維可以理解成方向。

因為人的眼睛只能看到三維,所以三維以上很難解釋。正如一個智力正常,先天沒有一只眼睛,一只耳朵的人,他就很難理解距離了,他很可能認為這個世界是二維的。

一個簡單的說法:N維就是N條直線兩兩垂直所形成的空間,因為,人類只能理解到三維,所以后面的維度可以通過數學理論構建,但要仔細理解就很難.在量子力學,目前仍在建立的膜理論,認為世界是十一維的。

詳細內容

如果這些額外的維數確實存在,為什么我們沒有覺察到它們呢?為何我們只看 到三維空間和一維時間呢?一般認為,其他的維數被彎卷到非常小的尺度——大約 為1英寸的一百萬億億億分之一的空間, 人們根本無從覺察這么小的尺度。我們只能看到一個時間和三個空間的維數,這兒空間—時間是相當平坦的。這正如一個桔子的表面:如果你靠非常近去看,它是坑坑洼洼的并有皺紋;但若離開一定的距離, 你就看不見高低起伏而顯得很光滑。對于空間—時間亦是如此。

因此在非常小的尺度下,空間—時間是十維的,并且是高度彎曲的;但在更大的尺度下,你看不見曲率或者額外的維數。如果這個圖像是正確的,對于自愿的空間旅行者來講是個壞消息,額外附加的維實在是太小了,以至于不能允許空間飛船通過。然而,它引起了另一個重要問題:為何是一些而不是所有的維數被卷曲成一個小球?也許在宇宙的極早期所有的維都曾經非常彎曲過。為何一維時間和三維空間攤平開來,而其他的維仍然緊緊地卷曲著? 人擇原理可能提供一個答案。二維空間似乎不足以允許像我們這樣復雜生命的 發展。例如,如果二維動物吃東西時不能將之完全消化,則它必須將其殘渣從吞下 食物的同樣通道吐出來;因為如果有一個穿通全身的通道,它就將這生物分割成兩 個分開的部分,我們的二維動物就解體了。類似的,在二維動物身上實 現任何血液循環都是非常困難的。

相關應用

多于三維的空間維數也有問題。兩個物體之間的引力將隨距離衰減得比在三維空間中更快。其意義在于使像地球這樣繞著太陽的行星的軌道變得不穩定,地球偏離圓周軌道的最小微擾都會引起它以螺旋線的軌道向外離開或向內落到太陽上去。我們就會被凍死或者被燒死。

事實上,在維數多于三維的空間中,引力隨距離變化的同樣行為意味著,太陽不可能由于壓力和引力相平衡,而存在于一個穩定的狀態,它若不被分解就會坍縮 形成黑洞。在任一情況下,作為地球上生命的熱和光的來源來說,它沒有多大用處。 在小尺度下,原子里使電子繞著原子核運動的電力行為正和引力一樣,這樣電子或 者從原子逃逸出去,或者以螺旋的軌道落到原子核上去。在任一情形下,都不存在 我們所知道的原子。 看來很清楚,至少如我們所知,生命只能存在于一維時間和三維空間沒被卷曲得很小的空間—時間區域里。這表明,只要人們可以證明弦理論至少允許存在宇宙的這樣的區域——似乎弦理論確實能做到這一點,則我們可以用弱人擇原理。同樣, 也會存在宇宙的其他區域或其他宇宙,那里所有的維都被卷曲得很小,或者多于四維幾乎是平坦的。但在這樣的區域里,不會有智慧生物去觀察這有效維數的不同數目。

如果你還沒有能夠很好的理解二十六維空間,可以想象我們生活的空間只有二維,并且彎曲成像一個錨圈或環的表面。如果你是處在這圈的內側的一邊而要到另一邊去, 你必須沿著圈的內邊緣走一圈。然而,你如果允許在第三維空間里旅行,則可以直穿過去。

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