二十六维空间,时空超弦理论

文章作者:黄姝 | 2015-08-21
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如果你看懂了《盗梦空间》,应该知道什么是维度空间,我们所在的空间一共有十一维空间,一维空间只有一条线只有长度没有宽度,二维空间是平面世界,只有长宽。以此类推,四维空间加上了时间。那二十六维空间又是什么呢?文章底部有关于"二十六维空间"的相关视频,敬请观看。

二十六维空间

1968年,超弦理论被意外发现。两位年轻的理论物理学家在欧洲核子研究中心意外发现十九世纪数学家尤拉完成的尤拉贝塔函数竟然符合几乎所有描述基本粒子强交互作用所需的全部特质。

什么是弦论?如今,相当一部分物理学家相信他们终于发现了一个框架,有可能把这些知识缝合成一个无缝的整体:一个单一的理论,一个能描述一切现象的理论,这就是弦论.弦论可以用来描述引力和所有基本粒子。它的一个基本观点就是自然界的基本单元, 如电子、光子、中微子和夸克等等, 看起来像粒子,实际上都是很小很小的一维弦的不同振动模式,正如小提琴上的弦。

超弦理论认为:宇宙真正的时空,其实是一个十维的空间,其中四维是爱因斯坦的时空流形,另外一个和它’垂直’的还有一个很小很小的六维流形。在这个十维空间中,有一种最小单位的弦纵横其中。以类比的说法,十维空间是宇宙这座大琴的音箱,拨动这些弦造成不同的音高与音色,于是产生不同的基本粒子,进而发展出所有的物质与作用力。

而最重要的一点是我们只能在二十六维空间里定义超弦理论,否则就无法用弦论整合已知的物理定律。根据爱因斯坦的广义相对论,我们之外有着更多的空间,因为时空不是绝对的,而是相对的,空间是可以被改变的,所以,从我们生活的四维空间衍生出其它的空间也是有可能的。

"维"的定义

一维是线,二维是面,三维是静态空间,四维是动态空间。

我们在物理学中描述某一变化着的事件时所必须的变化的参数。这个参数就叫做维。几个参数就是几个维。比如描述“门”的位置就只需要角度所以是一维的而不是二维。

简单地说:0维是点,没有长、宽、高。一维是由无数的点组成的一条线,只有长度,没有宽、高。二维是由无数的线组成的面,有长、宽没有高。三维是由无数的面组成的体,有长宽高。维可以理解成方向。

因为人的眼睛只能看到三维,所以三维以上很难解释。正如一个智力正常,先天没有一只眼睛,一只耳朵的人,他就很难理解距离了,他很可能认为这个世界是二维的。

一个简单的说法:N维就是N条直线两两垂直所形成的空间,因为,人类只能理解到三维,所以后面的维度可以通过数学理论构建,但要仔细理解就很难.在量子力学,目前仍在建立的膜理论,认为世界是十一维的。

详细内容

如果这些额外的维数确实存在,为什么我们没有觉察到它们呢?为何我们只看 到三维空间和一维时间呢?一般认为,其他的维数被弯卷到非常小的尺度——大约 为1英寸的一百万亿亿亿分之一的空间, 人们根本无从觉察这么小的尺度。我们只能看到一个时间和三个空间的维数,这儿空间—时间是相当平坦的。这正如一个桔子的表面:如果你靠非常近去看,它是坑坑洼洼的并有皱纹;但若离开一定的距离, 你就看不见高低起伏而显得很光滑。对于空间—时间亦是如此。

因此在非常小的尺度下,空间—时间是十维的,并且是高度弯曲的;但在更大的尺度下,你看不见曲率或者额外的维数。如果这个图像是正确的,对于自愿的空间旅行者来讲是个坏消息,额外附加的维实在是太小了,以至于不能允许空间飞船通过。然而,它引起了另一个重要问题:为何是一些而不是所有的维数被卷曲成一个小球?也许在宇宙的极早期所有的维都曾经非常弯曲过。为何一维时间和三维空间摊平开来,而其他的维仍然紧紧地卷曲着? 人择原理可能提供一个答案。二维空间似乎不足以允许像我们这样复杂生命的 发展。例如,如果二维动物吃东西时不能将之完全消化,则它必须将其残渣从吞下 食物的同样通道吐出来;因为如果有一个穿通全身的通道,它就将这生物分割成两 个分开的部分,我们的二维动物就解体了。类似的,在二维动物身上实 现任何血液循环都是非常困难的。

相关应用

多于三维的空间维数也有问题。两个物体之间的引力将随距离衰减得比在三维空间中更快。其意义在于使像地球这样绕着太阳的行星的轨道变得不稳定,地球偏离圆周轨道的最小微扰都会引起它以螺旋线的轨道向外离开或向内落到太阳上去。我们就会被冻死或者被烧死。

事实上,在维数多于三维的空间中,引力随距离变化的同样行为意味着,太阳不可能由于压力和引力相平衡,而存在于一个稳定的状态,它若不被分解就会坍缩 形成黑洞。在任一情况下,作为地球上生命的热和光的来源来说,它没有多大用处。 在小尺度下,原子里使电子绕着原子核运动的电力行为正和引力一样,这样电子或 者从原子逃逸出去,或者以螺旋的轨道落到原子核上去。在任一情形下,都不存在 我们所知道的原子。 看来很清楚,至少如我们所知,生命只能存在于一维时间和三维空间没被卷曲得很小的空间—时间区域里。这表明,只要人们可以证明弦理论至少允许存在宇宙的这样的区域——似乎弦理论确实能做到这一点,则我们可以用弱人择原理。同样, 也会存在宇宙的其他区域或其他宇宙,那里所有的维都被卷曲得很小,或者多于四维几乎是平坦的。但在这样的区域里,不会有智慧生物去观察这有效维数的不同数目。

如果你还没有能够很好的理解二十六维空间,可以想象我们生活的空间只有二维,并且弯曲成像一个锚圈或环的表面。如果你是处在这圈的内侧的一边而要到另一边去, 你必须沿着圈的内边缘走一圈。然而,你如果允许在第三维空间里旅行,则可以直穿过去。

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