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幻想次方

第121章 關于四維

幻想次方 只香留 3436 2022-01-11 10:54:03

  “根據愛因斯坦相對論所說:我們生活中所面對的三維空間加上時間構成所謂四維空間。由于我們在地球上所感覺到的時間運行很慢,所以不會明顯的感覺到四維空間的存在,但一旦登上宇宙飛船或到達宇宙之中,使本身所在參照系的速度開始變快或開始接近光速時,我們能對比的找到時間的變化。如果你在時速接近光速的飛船里航行,你的生命會比在地球上的人要長很多。并且,鐘在飛行的火箭中變慢也用事實證實了這一點。這里有一種勢場所在,物質的能量會隨著速度的改變而改變。所以時間的變化及對比是以物質的速度為參照系的。這就是時間為什么是四維空間的要素之一的原因。什么是四維?說法是三維空間加上時間這一維,構成所謂的四維空間。然而,這種說法是一擊即破的。為什么?

  我們可以從二維來考慮。一個二維生物(如果有的話),他們考慮所謂的三維空間絕對和我們所認識的三維空間不同——它們會把時間作為第三維,因為他們無法感受這一維的存在。同樣,我們也走進了這個誤區(qū),把時間算做第四維??赡芩木S生物看到我們在宣揚這種思想時,也在為我們嘆息。那么時間算不算一維?在我看來,時間應該算是一維,即在多維生物本身的維度之外再加N維,構成新的M+N維空間,而且這樣也有助于幫我們解決一些問題,也可以使我們對比三維維度更高的空間加深認識。

  有一個更新的構想,即所有的維度都是由時間構成,沒有時間,就沒有空間,包括最基本的一維空間。這應該好理解,因為沒有時間,空間本身的存在就沒有任何意義,因為時空本身就是不能分割的整體。那么,為什么一種時間可以形成不同的維度空間?這里,我們可以把時間看成是一種可以分解的常量。時間可以分解,這一句話理解起來可能有點困難。但是,只要想通了道理也是很簡單的。要明白這個道理,首先必須了解兩點。第一是時空的不可分性,這一點估計大家都明白,離開了空間談時間,或者離開了時間談空間,都是毫無意義的。第二點是時間的多樣性,這一點了解起來可能有一點麻煩。在日常生活中,我們接觸到的都是時間的合成體,也就是各個分時間有機結合形成的一個總的時間體系。可能你們會覺得我是在狡辯,其實不是。只要你們換一個角度去想,一個結果,可能是幾個不同的原因形成的。就拿運動來說,我們觀察到的一般都是幾個不同運動產生的一種運動的結合體,即合運動。關于時間,我們也可以這樣去想。我們看到的時間結合體,可以是由物體運動的時間,歷史時間(即經歷時間)和其他的一些時間構成。而運動時間,我們又可以看成由上下運動的時間,左右運動的時間和前后運動的時間。當然,劃分方法是多樣的,這就構成了時間的多樣性,至于如何去劃分,這就要由不同的情況而定。一部分時間對應一段空間。在這個不完整的空間里,時間起到了決定性的作用。

  我們之所以是三維生物,是因為這個維度的空間里只存在三維的時間。時間的不完整決定了空間的不完整。我們不能認識其他維度的空間,是因為我們不具備在那個空間里面運動的時間。時間的多樣性決定的空間的多樣性。同時,因為時間的不同分解方式,注定了我們的三維空間也是相對的,它可以被命名為一維,二維,甚至是任意維——完全取決于不同的分解方式。時間是決定維度的關鍵,同時,它也是決定低維物體高維存在方式的關鍵。讓我們看看科學上的說法:低維是空間上的缺陷,它們不具備在高維世界內運動的空間。關于這一點,有一個疑問,那就是我們怎么可以發(fā)現這個缺陷。我們認為的低維不存在某一個空間長度,是因為我們無法確定它有那一個長度,也就是我們用最好的設備也無法觀察到那一個長度差。那么,將來呢?我們無法認證,可能將來會有人證明那個低維物體確實屬于高維。因此,低維與高維并不存在所謂的空間差。那么,我們如何區(qū)別高維與低維?很簡單,用時間。用時間去解釋任何一個維度空間,我們也可以認為,低維之所以比高維低級,是因為它們存在時間上的缺陷,它們無法在時間范疇內感受高維的存在。所以,我們要去了解低維或者高維,先要知道它們存在的時間范圍。高維與低維之間可以實現轉化,道理是很簡單的,只要加入或者去掉一個時間單位就可以了。然而說起來很容易,做起來卻很復雜,我們對時間的概念都是如此模糊,要想在空間范圍內實現時間的轉化就更困難。

  對四維空間,一般人可能只是認為在長、寬、高的軸上,再加上一根時間軸,但對于其具體情況,大部分的人仍知之甚少。有一位專家曾打過一個比方:讓我們先假設一些生活在二維空間的扁片人,他們只有平面概念。假如要將一個二維扁片人關起來,只需要用線在他四周畫一個圈即可,這樣一來,在二維空間的范圍內,他無論如何也走不出這個圈。我們這些生活在三維空間的人對其進行“干涉”。我們只需從第三個方向(即從表示高度的那跟軸的方向),將二維人從圈中取出,再放回二維空間的其他地方即可。對我們這些三維人而言,四維空間的情況就與上述解釋十分類似。如果我們能克服四維空間,那么,在瞬間跨越三維空間的距離也不是不可能。屬于同一條直線的兩個三維空間也屬于同一個平面。

  1.5 從推論1.5我們可以得到下述公設:

  屬于一個平面的兩個共存的三維空間確定這一個平面。

  1.6 在上述1.5和1.6的基礎上,可以提出下面的看法:

  1.四維空間的幾何條件是很明顯的,因為維數相同的兩個已知空間,只能共存于比它們高一維的空間里。例如:兩條不同的共存直線(一維)位于一個平面內(二維);兩個不同的共存平面(二維)(沿一直線共存)位于一個三維空間里;兩個不同的共存三維空間(沿一個平面共存)位于一個四維空間里。

  2.在幾何上被看作是不屬于同一直線而相交于一點的兩個平面,屬于不同的各別的三維空間。

  四維空間的概念也可以通過解析幾何的手段來研究。在那里我們可以利用代數方程來表示幾何概念。為了利用這個手段進行觀察以導致對四維空間的理解,我們來研究三維空間體系中的三個幾何元素——點、直線和平面的方程。利用笛卡爾系統(tǒng)表示,我們可以寫出:

  點的方程:ax + b = 0 (坐標系:直線上的一個點)。

  直線的方程:ax + by + c = 0 (坐標系:平面上的兩條正交直線)。

  平面的方程:ax + by + cz + d = 0 (坐標系:三維空間的三個互相垂直的平面)。

  從上面的研究我們可以看出:

  所表示的每一個幾何元素(或空間)的方程中的變量數目,等于這個空間的維數加1。

  坐標系中的幾何元素與被表示的幾何空間的幾何元素的維數相同。

  在這個坐標系中,幾何元素的數目等于被表示的空間的維數加1。在坐標系中,幾何元素的這個數目是最低要求。

  用來表示幾何元素的坐標系,位于比它所含有的幾何元素高一維的空間里。

  根據上述觀察,我們可以寫出三維空間的下述方程。應當注意:這個方程有四個變量(x、y、z、u)。

  ax + by + cz + du + e = 0

  我們可以斷定:

  1.這個坐標系的幾何元素有三維,即它們是三維空間。

  2.在這個坐標系中有四個三維空間。

  3.這個坐標系位于一個四維空間里。

  我們對于四維空間乃至更高空間的研究,不是通過實驗總結的方式,在現實中我們很難發(fā)現并推導出它們的一般規(guī)律,對于這些問題,我們可以采取一種新的研究方式。即:純概念的研究。通過這種方式,我們可以容易的推導出這些很重要但在現實中不易想象的新內容。正宗的維數研究方法通常離不開人存在原理。譬如講,如果空間是兩維的,則兩維動物則不能正常消化。如果空間是四維以上,則世界就會精彩得多。如果我們是四維空間的動物,則彭加萊關于三維球的猜想則不應該是世紀難題??上Ф嘤谌S的空間使萬有引力和靜電力隨距離的變化比三維中更劇烈,使得小至原子核的電子,大至太陽系中的行星給到不再穩(wěn)定,很快就以旋渦的方式向遠處飛離或者撞到中心上。

  許多人不能接受人存在原理,認為他和科學傳統(tǒng)相違背。科學的方法是從第一原理出發(fā),把萬物甚至觀察者全推出來。人存在原理卻是從觀察者存在的條件把宇宙推出來,他們正好處與相反的兩極。

  霍金認為宇宙的邊界條件是他沒有邊界。用卡魯查-克萊因模型論述,時空本是高維的,而我們之所以感到它是四維的,那是因為額外維都被卷去到我們無法觀察到的小尺寸去,比如普朗克尺度。正如一根頭發(fā)的表面雖然是二維的,但是粗看之下,只剩下頭發(fā)長度那一維一樣。人們稱感覺到的空間為外空間,覺察不到的為內空間。時間是外空間中的一維。

  在用量子宇宙學研究時空維數的濟起源時,必須避免人為的調節(jié)卡魯查-克萊因的總維數,以得到需要的外空間維數。因為人為的調節(jié)會陷入邏輯循環(huán),這種做法是你想得到多少維的空間都能如愿。因此,可用的卡魯查-克萊因模型其總維數必須是由第一原理推出的。十一維的超引力模型便由第一原理推出的。自然界也許存在一種所謂的超對稱?!?

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