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从一维到十一维,如何理解高维时空?
发布时间:2020/1/27  阅读次数:222  字体大小: 【】 【】【
从一维到十一维,如何理解高维时空?
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11维宇宙示意图(图片来源于网络)


          我在初中毕业的时候,读霍金的《时间简史》,接触到多维空间概念,感觉非常困惑,之后一直在寻找相关的书籍,希望找到能够简单透彻地解释多维空间的文章。然而直到现在,依然是百思不得其解。偶尔有人要我解释多维空间,我也只是打脸充胖,假装很懂地比划比划,举例说“蚂蚁是二维生物无法理解三维空间”之类的云云。说句实在话,蚂蚁虽然小,可它也是货真价实的三维生物啊!懵得了别人,可是没办法懵自己。一个生活在三维空间之中的生物,要理解11维,甚至更多维度的空间,真是太难了!相信读到这篇文章的朋友,跟我的感受差不多吧?


          在微信公号上,有一篇商老师的文章,标题是:“多维空间,你能理解几维”,文章点击量非常高,转载平台也非常多。这一方面反映了商老师的水平高,另一方面反映了读者非常希望理解多维空间的迫切心情。可是,我的空间想象力一直都非常低,看商老师画的第一张示意图我就蒙圈了!

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商老师画的0维空间示意图


          上图是商老师画的0维空间示意图,用一个点表示0维空间。我一直在纠结“明明有一点,为什么却是0”这个问题。记得在初中上几何课的时候,老师解释说:点没有大小、线没有宽度、面没有厚度,点组成线,线组成面、面组成体。下课后我找到老师连珠炮似的提问:“点没有大小,为什么能够组成线?线没有宽度,为什么能够组成面?面没有厚度,为什么能够组成体?”还举例说:“一个点大小是0,那么无数个点相加和也0!”当时还以为老师会夸奖我是一个善于发现问题的好学生,结果老师当时就恼火了!她没好气的呵斥我到:“同学,这是定律,是规定!你这是钻牛角尖,知道不?”吓得我悻悻地的赶忙逃掉了。


          估计商老师看见我的这篇文章,即便不会恼火,也会摇头吧?可是我这个死脑筋,就是无法理解没有大小的点却能够组成有长度的线。0加0得0,无数个0相加也得0,数学定律与几何定律为什么如此矛盾呢?



          点、线、面都是抽象出来的几何模型:点没有长度,线没有宽度,面没有厚度。庞加莱说:“几何点是不真实的,但是它是有用的。”


          点没有长度却能够组成线,线没有宽度却能够组成面,面没有厚度却能够组成体,这本身就是一个悖论。然而这个悖论却是几何学的基础。可以说,几何学建立在悖论基础之上。


          后来接触到量子力学的叠加原理,发现它似乎可以解决这个几何悖论。


          科学家发现,当物质被分割到一定极限(普朗克常量)的时候,就没办法再分割下去。到达极限尺度,施加分割的能量越大,反而会从真空之中生出更多的物质来。超强激光撕裂真空产生出电子的现象,已经被实验证实。量子力学认为物质和时空是有机联系的,物质不能被无限分割,时空也是。在极微观尺度下(例如普朗克常量的尺度),空间处于量子真空涨落状态,虚粒子瞬间产生又瞬间消失,像一锅沸腾的水,里面的气泡瞬间产生又瞬间消失。


        可以这样理解,极微观的时空,在“有”和“无”之间波动,处于“有”和“无”两种状态的叠加态。只有当你对它进行观测的时候,它才坍缩为“有”的确定状态。


          我想,那个没有大小的几何“点”,便是那处于极微观尺度下的空间,它处于“有”和“无”两种叠加态,处于既有长度又无长度两种叠加态。只要你观察它,它就会坍缩成为有大小的确定状态。我们要用它来组合成线,大概也可以算作一种观察罢。


          因为你的观察,没有大小的点变成了有大小的点,没有宽度的线变成了有宽度的线,没有厚度的面变成了有厚度的面。这样解释,我心里稍微感到了释然。从初中到现在,困惑我将近30年的问题,总算给自己有了一个交代。至于读者怎样理解,我就不敢苟同了!


          好了,这个坎过去了,基本可以让我理解从0维空间到4维空间了。4维空间就是3维空间加1维时间,还算好理解。


          问题是到5维空间,我又卡壳了。脑子迟钝,没办法。

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商老师画的5维空间示意图


          上图是商老师画的5维空间示意图。相信亲爱的读者,此时此刻,跟我一样懵A吧?


          懵A就懵A罢,反正没谁能够帮你。我只得自己另辟蹊径,找一个感觉简单明了的方法,自己说服自己,自己解脱自己。要不然,纠结得睡不着觉的感觉不好受。


          还是用量子力学的叠加原理来解释罢。


          在量子力学看来,物质是离散的,时间和空间也是离散的;物质和时空是有机联系的统一体,没有物质就没有时空。


          既然时空是离散的,它们就可以任意组合。可以任意组合,就会有任意多的空间,即任意多的维度。


          既然时空的维度可以任意多,为什么又可以区分出1维、2维、3维……11维,甚至更多维呢?


          还是一个观察问题。


          在没有被观察到的地方,没有物质,也没有时空,处于“有和无的叠加态”。正是这种“有和无的叠加态”的“虚空”的存在,维度就能够区分出来了。想象一下,一瓶可乐,静止的时候,里面没有气泡,里面的液体就是一个整体,区分不出它是几块几块的;摇晃一下,里面出现了若干气泡,于是整块的液体便被气泡分割成了若干个板块来。处于“有和无的叠加态”的虚空,恰似可乐瓶里的气泡,把时空区隔出来,于是维度便出现了。


          宇宙是一个离散化的有机整体。宇宙由多模块、多层次分布的统一而又矛盾的个体构成。要理解这个新的宇宙观,需要借助量子力学里面的叠加原理,理解多维时空也是。


          最后强调,这是个人见解,仅供交流使用,不敢强求别人认同。

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