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四维、五维物体是什么结构?三维人能观察吗?

小说:三体社区作者:www.santiw.com 发布时间:2019-03-28 00:23
四维五维物体结构三维人观察
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看维度如何定义。

如果四维是时空,第五维度是空间,即爱因斯坦提出宇宙是空间加时间组成的“四维时空”。1926年,德国数学物理学家西奥多·卡鲁扎在四维时空上再添加一个空间维,也就是添加一个第五维。

如果四维是空间,那么五维也是空间的话,比我们多两个空间维度。他们看我们就和我们看一维生物(线,只有前后空间)一样。维度差别太大,目前连四维宏观结构都还是推测(我们只能看到四维物体在三维空间的投影,不断变化着形状),五维只怕只存在理论研究中了。

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三维球在二维平面上穿过的投影

所以,不管如何,第五维度相比我们三维人至少多出了一个空间维度。下面以维度为空间讨论:

三维的物体经过一维的空间,不管原先是什么性状,在一条线(一维空间)上就只能是一条线,长短变化,也就是说,一维空间只能容纳这点信息,太多的信息接收不到。一维空间的生物(如果有),看到的就只是一条长短不一的线,如果他们有二维的概念,那么他们是分不清这是二维生物投影、还是三维生物投影,甚至更高维度。

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简单的四维物体在三维中的投影

同理,五维生物在三维上的投影,我们是分不出他是四维还是更高维度,因为三个维度限制了高维度信息量的输入。所以,不管我们怎么猜想五维生物,在低维度视角下的我们,是无法得出其全貌了。但隔着一个维度,比如说简单的四维物体空间,还是有些推测的可能。

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星际穿越中的三维人进入四维空间

在科学理论中,高维度在微观尺度(至少比电子还要小十个数量级)下是存在的,但也仅仅限于理论研究。比如说“卡-丘”空间、弦理论等。但目前难以观察。

1、“卡-丘”空间

卡拉比—丘成桐空间简称“卡-丘”空间,是指一个蜷缩的高维空间,在封闭的无物质场中物质的引力是存在的。这理论是科学家猜测出来的一个理论,它有六个维度。

该六维空间还没有一个固定的模型能在计算机上展现出来,也没有一种形状能让所有的物理学家都赞同。

但是,科学家们认为这些多出来的维卷曲在一种叫做“卡拉比-丘成桐”的空间结构里,“卡-丘”空间的半径小于亿亿亿亿分之一米,只有质子和中子半径的亿万分之一!无法用任何办法来考察到的,更别说钻到里面去看个究竟了。

要描述“卡-丘”空间几乎是不可能的,因为它有六个维度。但是,还是让我们试着去想象出一个图景来吧。

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卡丘空间

“卡-丘”空间看起来就像纸团,然而,“卡-丘”空间的迂回曲折和翻转及其复杂,丝毫没有一种规则可以用传统的欧几里德几何描述,它们只遵循一种更为抽象的几何学。从三维的角度难以理解。

2、弦理论

弦理论是理论物理的一个分支学科,弦论的一个基本观点是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子,而是很小很小的线状的“弦”(包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦)。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子,能量与物质是可以转化的,故弦理论并非证明物质不存在。

理论里的物理模型认为组成所有物质的最基本单位是一小段“能量弦线”,大至星际银河,小至电子,质子,夸克一类的基本粒子都是由这占有二维时空的“能量线”所组成。中文的翻译上,一般是译作“弦”。超弦理论可以解决和黑洞相关的问题。

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弦理论

弦论中的弦尺度非常小,操控它们性质的基本原理预言,存在着几种尺度较大的薄膜状物体,后者被简称为“膜”。直观的说,我们所处的宇宙空间可能是9+1维时空中的D3膜。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。

另外,“弦理论”这一用词所指的原本包含了26度空间的玻色弦理论,和加入了超对称性的超弦理论。在近日的物理界,“弦理论”一般是专指“超弦理论”,而为了方便区分,较早的“玻色弦理论”则以全名称呼。1990年代,爱德华·维顿提出了一个具有11 度空间的M理论,他和其他学者找到强力的证据,证明了当时许多不同版本的超弦理论其实是M理论的不同极限设定条件下的结果,这些发现带动了第二次超弦理论革新。

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