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多維空間是什麼意思,我們宇宙到底有多少個維度?

由 科學書屋 發表于 運動2021-09-20
簡介一些相對前沿的物理理論,比如超弦理論,就提出宇宙由十維空間加一維時間組成,在138億年前的宇宙大爆炸中,有七個維度的空間蜷縮在普朗克尺度,只有三個維度的空間被展開

多維空間是什麼意思

多維空間只是一種科學設想,目前還沒有可靠的證據,能證明多維空間的存在。

二十世紀以前的物理學,描述世界由三維空間和一維時間組成,空間維度和時間維度完全獨立,既所謂的絕對空間和絕對時間。

多維空間是什麼意思,我們宇宙到底有多少個維度?

進入二十世紀後,狹義相對論把空間和時間統一起來,稱為四維時空,時間和空間再也不是獨立的事物,而是在某些情況下,時間維度和空間維度可以被壓縮或者拉長,甚至相互轉化。

隨著科學理論的發展,科學家開始思考,在四維時空之外,是否還存在更高的維度,由於時間維度和空間維度存在本質區別,所以一般情況下我們稱多維空間,而不是多維時空。在很多小說和影視作品中,也引用多維空間的概念。

多維空間是什麼意思,我們宇宙到底有多少個維度?

多維空間的模型,在數學上進行描述相對容易,最簡單的就是增加維度變數,但是要引用到物理概念上卻很難;比如著名卡拉比—丘成桐空間,就是數學家丘成桐從數學上證明存在的六維空間。

卡拉比—丘成桐空間是蜷縮的高維空間,物理上預言,該空間存在於普朗克尺度,所以當前物理手段無法探測該空間的存在;不過該六維空間在三維空間中的投影,可以用計算機模擬出來,如下圖所示:

多維空間是什麼意思,我們宇宙到底有多少個維度?

其投影就如攥成一團的紙團,實際的卡拉比—丘成桐空間要複雜很多,如果一個三維人進入六維的卡拉比—丘成桐空間中,那麼他能從各個方向看到自己的樣子,甚至還能看到自己的後腦勺。

一些相對前沿的物理理論,比如超弦理論,就提出宇宙由十維空間加一維時間組成,在138億年前的宇宙大爆炸中,有七個維度的空間蜷縮在普朗克尺度,只有三個維度的空間被展開。

多維空間是什麼意思,我們宇宙到底有多少個維度?

這一設想非常新穎,因為以往的任何科學理論,包括經典力學、量子力學和相對論,都沒有對宇宙的維度做出限制,比如相對論和量子力學,可以很容易推廣到任何更高的維度。

而在超弦理論中,要求宇宙至少有十一個維度,如果少於十一維度,超弦理論的數學結構就會不完備,這是非常有意思的事。

多維空間是什麼意思,我們宇宙到底有多少個維度?

關於高維空間的相關理論,還有膜理論、平行宇宙理論等等,都對其有不同的解釋,不過目前還沒有任何科學證據,能證明高維空間的存在。

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