宇宙有几个维度?

发布时间:2022-10-13 10:38:01编辑:admin来源:www.jjcnc.com阅读数: 当前位置:久久探索网 > 宇宙之迷 > 手机阅读

宇宙的定义是时间和空间的总和。时间是一维,而空间的维度,用弦理论描述是九维,M理论是十维。

弦理论的定义,是相对于相对论而言的,可以更好地解释一些现象,但也存在一些问题。很多时候会产生陌生感,也就是无限结论。因此,M理论在此基础上应运而生。人们发现,如果用11维来描述宇宙,很多问题都可以解决,但并不是所有的问题都可以解决。所以现在大多数科学家(和我一样的业余爱好者)认为宇宙有10个空间维度和1个时间维度。

3.jpg

我们只能感受到三维空间,这就是.

首先,如果一个空间低于二维,生命是无法产生的。想象一个平面上的二维扁虫。它们无法在第三维度上产生正压,所以无法水平移动。在二维世界中,这意味着他们不能移动。最重要的是,扁虫只能从它们进入的地方排泄食物。如果我们有另一个排泄口,我们的扁虫就会分解。这样的生物就像“会分解自己的蛋白酶”一样没有能力。即使有,也不可能进化到一定程度,很快就会灭绝。更高维度的人很难想象。有的书只给了一句模糊的话,“科学家认为生命不适合在四维或更高维度存在。”

之所以只能看到三个空间维度,是因为其他维度都卷曲在一个很小的空间尺度内,这是大爆炸产生时四个束缚力的分散造成的。

4.jpg

用数学来解释维度,简单地从最原始的几何学的理解来讲,维度可以是任意的数:

n维的本质是n个成对的垂直基向量,

在我们的世界里,至多有三个非零向量是成对垂直的,所以我们称之为三维空间,就像一个平面上至多有两个成对垂直的向量,所以我们称之为二维空间。这是人类对维度的最初认识。

理论上不排除更多的互相垂直的非零向量。事实上,任何n维数组的n维线性空间都是由范数的定义很好定义的。当然,对于维度还有其他的解释,涉及到“度量”的层面,会出现一些看似奇怪的非理性维度,比如著名的“谢尔宾斯基地毯”和“皮亚诺曲线”。

并且这种使用度量的维度定义方法由相似性比率定义:

比如我们知道,如果一个三角形的三条边都是两倍,那么这个三角形的面积就会是四倍,满足平方关系。

将立方体的边长扩大到原来的两倍,体积扩大到原来的八倍,这就是立方关系。我们定义,如果考虑一个几何图形,另一个几何图形的相似比是k,如果后者的测度是前者的k n倍,那么这个几何图形就是N维几何图形。因此,具有自相似性的Kjellbing地毯的维数实际上是log2(3)。

这是一个学者告诉他的理解的维度,

1.jpg

一维空间是一条线。如果有一种一维生物,——虽然我们不明白这种生物是如何存在的,但假设有——它们将只有长度没有宽度,也就是一个点或者一条线。在1D生物的眼里,他们是生活在没有宽度的管道里的生物,世界是一个点。因为没有上下左右,只有前后,所以1D生物周围没有缝隙。本身就是一个点,小得不能再小了,所以只能前进,只能后退,除非有推动整个宇宙的力量。如果像我们的宇宙一样,世界是无限的,那它就是一个环。

二维空间是一个平面。在二维生物眼里,世界上只有长短不一的线段,比如一个正方形。在二维生物眼里,是线段。你需要绕着它走一圈,测量每条线段的长度和角度,然后猜测它的形状和面积,才能得出结论。但是那个结论一定不是我们想的那样,这么直观的一个方块,因为他们永远看不到全貌。他们应该能够描述物体“这是一个有四条边长为XX的物体,每条边之间的角度为90度”。我们可以把它命名为4*90的形状。更复杂的物体,比如一群小学生意义不明的涂鸦,需要非常高深的知识去测量,就像我们捏一个千疮百孔的泥团,然后求表面积一样。如果像我们的宇宙一样,世界是无限的,那就是球面(注意不是球面!),类似于地球表面,很难描述它的形状。对我们来说它看起来像一个球,但如果它被展开,一个二维的生物可以理解它。但是它是什么形状呢?什么都没有,或者我们怎么切割它,它是什么形状。

三维空间,也就是我们的宇宙,是一个容器,在我们的眼中悬浮着许多恒星和其他物质。三维生物和物质是由长、宽、高三个方向组成的。在我们眼中,所有物体都是二维平面。比如我们看一个立方体骰子,最多只能看到三个面。我们的眼睛和光线的配合使我们能够分辨出三个面的明暗深浅,从而产生一种立体感,但这只是一种感觉,并不是真正的立体感,因为我们永远不可能同时看到一个骰子的所有面。你看不到封闭容器里的东西,3354。就像看一个二维的圆。你可以同时看到它的上下左右。圆圈里有一个三角形。我们还可以看到,我们甚至可以直接伸手把里面的三角形拿出来,而不破坏圆的形状。但是二维生物不能直接看到圆的内部,要打破圆才能把里面的三角形弄出来。同样,如果我们想取出篮球中的一个鸡蛋,我们必须打破篮球。如果我们的宇宙是有限的,是无限的,那它就是一个超球体,或者说我们很难描述它是不是圆的,因为在我们眼中,它是没有边界的,所以自然无法描述它的形状。但是我们可以用数学推理,姑且认为宇宙是一个球。一艘飞船从某一点出发,沿着一条直线航行,最终穿过那个不存在的边缘,出现在另一端,然后回到原点。

2.jpg

四维空间——说了这么多,大家应该能理解四维空间了:四维空间中的生物和物质是由长宽高和一个我们世界中不存在的方向组成的,就像我们可以从二维世界不存在的方向,也就是高度,看到二维世界的全貌,而二维生物要用数学才能一窥全貌,肉眼是看不透的。四维生物眼中的世界是三维的。他们可以从一个三维空间中不存在的方向看到一个正方形的所有六条边。他们还可以从那个方向取出物体中的东西,看看物体内部是什么样子,而不会破坏它的封闭性。对我们来说太神奇了。——四维生物可以轻松从篮球中取出鸡蛋,从人体中取出心脏,而篮球和人类的外貌却完好无损;四维生物可以同时看到我们的衣服、裸露的臀部、皮下的肌肉、我们的血、血、骨、髓……我们所有的细节都在四维生物的眼中铺展开来。就像二维世界,无数个二维平面无法叠加成三维物体,我们的细节被无限铺开展现自己,对四维生物来说也就这些了。对于高维生物来说,我们的“无限”就是“有限”。再比如,我们挥挥手,在二维世界里投下一个手的影子,这个二维世界就是二维平面。四维生物挥挥手,在我们的世界投下了真实的固体阴影。我们的手垂直穿过二维平面,他们的世界里有五个。

一个近乎圆形的、真实的物体,然后逐渐合成为一个扁平的物体;四维生物的手从第四个方向穿越我们的世界,即凭空出现一个或多个不规则或规则的物体,它们的形状和体积不断变化,最后消失。如果像我们的宇宙一样,这个世界是有限的,又是无限的,那将是一个……我们根本无法理解,根本无法描述的世界。姑且称之为一个令人敬畏的超球体吧!

总结一下,也就是说,只有比它高一个维度的生物,才能理解比它低一个维度的世界全貌,而对于我们自己的维度来说,我们只能在这座大山里,看不清自己的脸。好在有了数学,即使看不清楚,也能用公式看出来。

五维空间和它之后的未知数量的维空间只能说是一个无限宽广的自由世界,方向越来越多,却没有能力去描述它们。

宇宙之迷本月排行

宇宙之迷精选