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宇宙的十個維度

理論上,如果你能夠控制第五維和第六維,就可以在時間上回到過去,或前往不同的未來。



“超弦理論”認(rèn)為,宇宙同時存在于十個維度上。圖片來源:印度蒂魯吉拉伯國家技術(shù)研究所。


當(dāng)有人提及“不同的維度”,我們傾向于想到的是類似平行宇宙這樣的東西——與我們現(xiàn)實平行的替身,只是那里的一切以不同的方式在運(yùn)作和發(fā)生著。但是,真正的維度,及其在宇宙秩序中所扮演的角色,和大眾的說法差別相當(dāng)大。


分開來說,維度只是不同的面,通過它們,我們感知到了現(xiàn)實。在日常經(jīng)驗中,我們會立即覺察到周圍存在著三個維度——它們確定了宇宙中所有物體的長度、寬度和厚度(分別對應(yīng) x、 y、z 三個軸)。


除了這三個可見的維度,科學(xué)家相信還可能存在著更多的維度。實際上,”超弦理論“的理論框架認(rèn)為,宇宙存在于十個不同的維度中。這些不同的面支配著宇宙、自然的基本作用力,以及所有其內(nèi)部的基本粒子。


第一個,正如已經(jīng)提到的,是能夠形成長度(亦即 x 軸)的維度。解釋一維的最好物體是直線,它只有長度,而沒有其他可識別的特點。加上第二維,y 軸(或?qū)挾龋愕玫降木褪且粋€具有二維形狀的物體(像一個方形)。


第三個維度涉及的是厚度(z 軸),它給所有物體帶來了領(lǐng)域感和橫截面。三維的最好例子是立方體,它存在于三個維度中,有長度、寬度和厚度,因此有了體積。除了這三個,還有七個對我們來說并不顯而易見的維度,但它們會對宇宙和現(xiàn)實產(chǎn)生直接影響,因此仍然是可以被理解的。



宇宙時間軸,起始于宇宙大爆炸。根據(jù)”弦理論“,這只是許多“可能世界”中的一個。來源:NASA


科學(xué)家相信第四個維度是時間,它在某一個點上支配著所有已知物質(zhì)的屬性。和其他三個維度一起,獲知一個物體在時間中的位置,是標(biāo)出它在宇宙中位置的基本方法。其他維度則是更深層可能性開始起作用的地方,解釋它們間的相互作用,對物理學(xué)家來說,是一件特別麻煩的事情。


根據(jù)“超弦理論”,在第五維和第六維上,出現(xiàn)了“可能世界”的概念。如果我們能夠通過第五維進(jìn)行觀察,就會看到一個與我們這個世界稍有不同的世界,并給予我們一種測量我們這個世界與其他“可能世界”間的相似性和差異性的方法。


在第六維上,我們將看到一個布滿了“可能世界”的平面,在這里,我們可以用與我們這個宇宙相同的初始條件(也就是宇宙大爆炸),對那些“可能宇宙”進(jìn)行比較和定位。理論上,如果你能夠控制第五維和第六維,就可以在時間上回到過去,或前往不同的未來。


在第七個維度上,你可以觸及所有擁有不同初始條件的“可能世界”。無論是第五維還是第六維,它們的初始條件都是相同的,而隨后的表現(xiàn)是不同的,但是此處,從時間的起點開始,一切都是不同的。第八維則再次為我們提供了一個展現(xiàn)這類“可能宇宙”歷史的平面,這些“可能宇宙”中的每一個都有不同的初始條件,并能分化出無限多種可能性。


在第九維上,你可以對所有這些“可能宇宙”的歷史進(jìn)行比較,這些“可能宇宙”擁有完全不同的物理學(xué)法則和初始條件。在第十維度,也就是最終維度上,我們所到達(dá)的高度已經(jīng)涵蓋了一切可能性和想像力。自此以后,像我們這樣低等的凡人再也無法進(jìn)行想像,它是維度意義上我們所能設(shè)想的自然極限。



“卡拉比-丘”流形所解釋的額外維度,在這里所有基本粒子的屬性都是隱藏的。來源:A Hanson


額外六個無法感知維度的存在,對于“弦理論”在解釋自然時保持連貫性是必要的。我們事實上只能感知其中四個維度的原因,可以用兩種機(jī)制來解釋:要么這些額外的額度卷縮在極小的尺度上,要么我們這個世界存在于一個三維的子流形,也就是一張“膜”上,在這里,除了引力,所有已知粒子都是受到限制的(亦即膜理論)。


如果額外維度是卷縮的,那么這六個維度就必然存在于“卡拉比-丘”流形(上圖)中。即便我們無法感知它們,它們也可能最初支配過宇宙的形成。這就是為什么科學(xué)家相信,用望遠(yuǎn)鏡研究來自早期宇宙的光線(如幾十億年前),回望時間上的過去,就可能會看到這些額外存在的維度影響宇宙演化的方式。


正如其他候選“大統(tǒng)一”理論——也就是所謂的“萬物理論”——一樣,之所以相信宇宙是由十個維度構(gòu)成的(或更多,取決于采用哪種弦理論模型),是因為它們想要把粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型和引力的存在統(tǒng)一起來。簡短地說,這是一種想對宇宙中所有已知的力相互作用的方式,以及其他“可能宇宙”自身可能的運(yùn)作方式進(jìn)行解釋的嘗試。


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