我们所出的宇宙是几维的?人类能理解机维?

我们所出的宇宙是几维的?人类能理解机维?
我们所出的宇宙是几维的?人类能理解机维?

我们所出的宇宙是几维的?人类能理解机维?
神秘的宇宙和人类的经验世界如此不同,我们所能感受的三维世界也许只是宇宙中多维空间的一个小岛.近日,东京大学上演了一场爆棚演讲.主讲人哈佛大学理论物理学教授丽萨·兰道尔的到场,让所有听众躁动起来——不仅因为她的美貌,更因为她给人们呈现了一个超乎想象的多维世界.
　　第五维空间在哪里
　　哈佛大学理论物理学教授丽萨·兰道尔,是近年来理论物理学界的佼佼者.1999年,她和同事拉曼·桑卓姆发表了轰动一时的两篇论文,至今,这两篇论文的引用率在理论物理学界仍排名第一.根据论文建立的模型,她假设了宇宙中存在着超越我们所处的四维（长、宽、高组成的三维空间＋时间）时空之外的第五维或更多维的宇宙空间.这一理论也恰好解释了,困扰科学界多年的引力相比其他3个基本力羸弱不堪的原因.
　　科学家发现,宇宙基本由4种力相互作用而成.它们是引力、电磁力、强力和弱力.引力源于物体质量的相互吸引,两个有质量的物体间存在引力；电磁力是由粒子的电荷产生的,一个粒子可以带正电荷,或者带负电荷,同性电荷相斥,异性电荷相吸；强力主要是把夸克结合在一起的力；弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应,像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的.（注：人们普遍认为,物质是由分子构成的,分子是由原子构成的,原子由电子、质子、中子等基本粒子组成,而基本粒子则由更基本的亚粒子组成.这种亚粒子也就是人们常说的“夸克”.）
　　令人不可思议的是,这4种基本力的相对强度以及作用范围都有巨大区别.从相对强度上来说,假定以电磁力为一个单位强度,则强力要比这个单位大100倍,弱力只有这个单位的1／1000,引力小到几乎可以忽略不计：在微观世界中,它只有电磁力的1／1040（10的40次方）!从范围上看,引力主要体现在宏观世界,其他3种基本力主要在微观世界起作用.
　　也许你并不觉得引力微不足道,至少当我们从高处坠落时,那可不是闹着玩的.但是同电磁力比起来,它的确相当“虚弱”,比如,整个地球产生的引力作用在一根针上,只不过是让它在桌子上安静地躺着,我们拿起一小块磁铁便能将它轻松吸起.奇特的是,引力在宇宙中却能左右巨大星系的运转.
　　对此,兰道尔的理论模型给出了解释：“我们假设引力存在于与我们所处的三维时空不同的另一张膜上,而引力膜和我们所在的膜之间,被第五维空间或更多维空间隔开.其他3种基本力被限制在我们的膜上,而引力则在宇宙中均匀分布.对我们这样的三维空间来说,它的强大力量从宇宙中多维空间中‘泄漏’出来后被大大弱化了.”
　　若果真如此,那么五维或多维空间究竟在哪儿?它们又如何不同于我们的三维空间世界?
　　为什么会有多维空间
　　事实上,是否存在多维空间的猜想,早在1920年就被爱因斯坦的“粉丝”德国数学家卡鲁扎提出过,后来经过瑞典理论物理学家克莱茵的改进,成为“第五维度”的思想,并被后人统称为卡鲁扎－克莱恩理论（或KK理论）.遗憾的是,这个理论最终未能自圆其说,只能不了了之.
　　后来,相对论和量子理论——这两大现代物理理论基石相继诞生,有趣的是,二者之间不能通用且充满矛盾.
　　爱因斯坦的广义相对论是关于引力的理论,他认为空间是有形状的,当没有任何物质或能量存在时,空间是平直光滑的,当一个大质量物体进入空间后,平直的空间就发生了弯曲凹陷.这就像在一条绷紧的床单上放一个保龄球,床单马上就凹陷下去,而所谓的引力就是通过这样的空间弯曲而体现的.为什么地球会绕着太阳运行?因为地球滚入了太阳周边弯曲空间的一道“沟谷”.而如果物体质量太小,空间弯曲几乎为零,也就感受不到引力的作用.因此,人和人之间,甚至建筑物等普通物体之间的引力作用可以忽略不计.
　　但相对论的空间几何形状变化,解释不了其他3种基本力——电磁力、强力和弱力的作用原理.在微观世界里,空间根本就不是平滑的,无数的粒子在永不停息地剧烈运动,可见,广义相对论的平滑空间前提在这里讲不通.
　　而量子理论却能解释这3种力的行为：量子理论认为,宇宙中所有的物质最终由数百种不同的基本粒子组成,而力则是由粒子的交换而来的.但粒子交换也不能解释引力现象,因为在微观世界里,粒子的自身质量不仅小到几乎没有,还总在杂乱无章地运动,它们之间的引力又从何谈起呢?
　　相对论和量子理论的尖锐矛盾,使科学家不得不另辟蹊径.上世纪60年代,一个崭新的理论——超弦理论出现了.超弦理论认为,在每一个基本粒子内部,都有一根细细的线在振动,这根细细的线被科学家形象地称为“弦”.依照弦理论,每种基本粒子所表现的性质都源自它内部弦的不同振动模式,弦的振动越剧烈,粒子的能量就越大；振动越轻柔,粒子的能量就越小.振动较剧烈的粒子质量较大,振动较轻柔的粒子质量较小.而所有的弦都是绝对相同的.不同的基本粒子实际上在相同的弦上弹奏着不同的“音调”.由无数这样振动着的弦组成的宇宙,就像一支伟大的交响曲.不过,弦的运动是十分复杂的,以至于三维空间已经无法容纳它的运动模式.
　　在今天的超弦理论中,科学家已经计算出十维空间结构（还有些方法甚至计算出了二十六维）.而空间的维数越高,越能容纳更多的运动形式.由此,宇宙的时空维数是高维的,三维空间仅仅是一种最简单的情形.
　　三维以上的空间是隐匿的?
　　如果真有十维空间,我们为什么只能察觉到三个维度呢?除了时间维度之外,另外六个又在哪里?
　　一些科学家认为：计算出来的空间维度不一定和经验维度相同.或许另外六个维度的空间以某种方式隐匿起来,人在日常生活中难以察觉.记得获得1979年诺贝尔物理学奖的美国物理学家格拉肖曾抱怨过：“我总是被那些搞超弦理论的人打扰,因为他们从不谈一些和真实世界有关的事.”
　　对这个问题,兰道尔倒是泰然处之,她最近提出了一个“放松原则”：想太多不如什么都不想!“看看我们的宇宙,它一路走来,始终如一.当宇宙处于大爆炸前的初始状态时,存在多少维度都有可能.大爆炸发生后,宇宙在不断地膨胀,它会自然而然地、随时充填需要的维度,直到稳定下来.”根据兰道尔的计算,在宇宙膨胀过程中,三维和七维的宇宙处于相对稳定的状态.因此,“宇宙在演化过程中,自然会呈现出稳定的三维和七维形式.三维空间存在的范围是最大的,这也就是为什么我们只能察觉到今天这个三维空间构成的世界.”
　　当然,“如果这还满足不了你的好奇心,你也可以把多维宇宙想像成一次买房的经历.当你选择房子的时候,你不仅会看房子的空间大小,还要看它的结构、质量、地理位置、升值潜力等各种因素,这些因素就好比宇宙的其他空间形式.”

三维的

一般空间3维，但是如果定义一个宇宙就要加上时间，时间也是空间的一维，因为空间是随时间变化而变化的，故宇宙是四维空间（时间是一个特殊维）。一般人不理解为什么时间也是一维