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有些科学家迫切想进入四维时空,他们是否发现了什么?

提问时间:2023-07-05 02:34关键词:科学家,科学

有些科学家迫切想进入四维时空,他们是否发现了什么?

点赞1、迪庆藏族自治州 网友:夜玉。

首先,科学家并没有像题主说的那样迫切想要进入四维时空,因为我们本身就生活在四维时空中。

爱因斯坦创立了相对论,统一了时间和空间,一维时间和三维空间变成连续的四维时空。那么,如果再多一个维度,例如,空间维度高了一维,五维时空宇宙会是怎样的呢?或者说四维空间会是怎样的?

目前,谁也不知道四维空间是怎样的,甚至就连高维空间存在与否都不清楚。但从理论上来讲,第四个空间维度是可以存在的,我们可以通过低维度的类比来推测五维时空应该是什么样子。

没有大小的点为零维空间,无数点组成的直线为一维空间,无数直线组成的平面为二维空间,无数平面组成的立体为三维空间,以此类推,无数立体组成的超体为四维空间。与三维空间相比,除了长、宽和高三个维度之外,还多出了一个我们所无法感知到的第四个维度。

那么,如果四维空间存在,生活中在其中的生物会是什么样子?人类进入这样的高维空间又会怎样?

关于四维空间,可以参考一下克莱因瓶。不同于三维空间中的瓶子,克莱因瓶是没有内外的概念,因为第四个空间维度连接着在三维生物看来的“内部”和“外部”。如果有一只苍蝇,它能够直接从克莱因瓶的“外部”飞入“内部”,通过第四个维度畅通无阻,并不需要穿过瓶身。

不过,像人类这样的三维生物进入四维空间中很可能无法存活。因为作为三维生物,其身体构造也只有三个维度,身体在第四个维度没有支撑,所以身体的内部会通过第四个维度直接暴露在外,这样就无法正常生存。

如果存在四维生物,他们可以通过第四个维度直接看到三维空间中的内部。如果有人在一个密闭的房间中,四维生物能够把房间内的人通过第四个维度直接转移到房间外,不需要通过房间上的门或者窗户或者其他通道,这对于三维空间中的我们而言非常不可思议。

如上图所示,想象一下,我们可以把圆圈中的二维生物(如果存在的话)通过第三个维度直接转移到圆圈外。

另外,由于多了一个维度,高维生物可以直接看到我们从出生到死亡的过程,四维时空中所发生的事情其实就是三维空间在一维时间轴上的演化。我们在三维空间中每个时刻所看到的事物,可以说是四维空间中的事物在每个时刻的三维“截体”。

根据M理论,宇宙中的时空维度达到11维,但我们只能感知到其中四维,另外七维高度蜷缩,我们无法感知。不过,这只是理论上的推测结果,目前还没有任何实验证据。

点赞2、贵平市 网友:涵梦若仙


事实上在20世纪80年代,物理学家们曾不顾一切地想把宇宙的四种基本力(万有引力、强互相作用力、弱互相作用力、电磁力)统一成一种单一的综合力量。他们第一次尝试发展成了所谓的超引力,但是由于大量的研究成果不一致和未经证实的预测,它不得不被放弃。另一个新兴的理论是弦理论。

这一理论诞生于20世纪70年代,但在80年代之前,它基本上被忽视了。80年代,这一理论再度流行,物理学家开始认真研究它。弦理论仍然是我们对宇宙的完整理解的最佳猜测之一,但是根据这个理论,宇宙存在于26个维度中!因此,奇怪的是,科学家只接触到其中的四个——空间的三个可互换维度和一个世纪前发现的时间维度。

这种荒谬一直困扰着哲学家和后来的物理学家。他们太好奇了,无法毫无疑虑地接受现实,他们想知道为什么现实是这样的。然而,最近发表在《欧洲物理学快报》上的一篇论文似乎揭示了为什么我们的宇宙可能只存在于四维空间中。

当从足够大的距离观察时,维度就不复存在了。只有当我们近距离观察一个物体时,维度才会出现。从相当远的距离来看,一张纸看起来像是一维的。然而,随着我们越走越近,这四面将逐渐向我们显现。现在,当我们走近时,会发现第三维:深度。

思考第四维有点困难,但是随着科学家越来越深入地挖掘,新的或更高的维度会出现。像洋葱一样,维度是多层盘绕的。有一个显而易见的假设,即在大爆炸后的一瞬间,所有的维度都占了上风,但由于某种原因,宇宙随后决定只展开前四个维度。物理学家怀疑其他维度是弯曲的,盘绕在奇点的空间里!

那么为什么只有四维?热力学第二定律禁止其他维度展开,这是宇宙的基本定律。新生的宇宙充满了辐射和亥姆霍兹自由能密度(这是一个对空间施加压力的热力学量)。

大爆炸后仅仅几秒钟,随着宇宙瞬间冷却,亥姆霍兹密度达到最大值,宇宙立即“冻结”。在这个阶段,宇宙以前存在于我们认为存在的每个维度,现在只局限于其中的四个维度。我们的宇宙展开到更多维度的唯一方式是,如果它存在于临界温度之上,这是一个地狱般的温度,在它被创造出来仅仅一秒钟后就肯定会冷却。

物理学家的发现类似于水的相变。一块冰转变成液态水的唯一方式是当它受热时,虽然这一理论直到最近才受到重视,使科学家转向解决这种困境的原则是人择原则。

根据人择原理,如果宇宙有任何不同,质疑其结构的智能物种就不会存在。

热力学第二定律主要解释了为什么时间只向一个方向运动,科学家称之为“向前”。该定律预测,宇宙中的时间方向与无序度增加的方向相同。然而,这个推理是不完整的。

正如熵似乎在增加,因此时间也在增加,因为宇宙仍处于膨胀阶段,这一阶段有利于智慧生命的萌芽,我们只在四维空间中体验宇宙,因为只有四维空间的盛行有利于智慧生命的开始和维持。

如果宇宙是二维的,生物体就不会到处移动。食物被消化和分解或者血液在体内循环的复杂方式在二维人体内是不可能实现的。那么,提出和研究为什么宇宙有四个维度的聪明物种,根本就不存在。

事实上,生物本身,即使是最简单的生物,也会消亡,因为地球将无法围绕太阳旋转。当两个物体之间的距离增加一倍时,万有引力的强度下降了四倍,但在五维空间下降了五倍,在六维空间下降了六倍。在更高维度的宇宙中,地球可能无法实现围绕太阳的稳定轨道,因此生物会被冻死。

也许形成太阳的引力压缩和气体膨胀在更高的维度上会有所不同,相比之下它们在四维空间中是如何发生的。也许太阳本身会过早坍塌成黑洞。即使是更高维度的原子也不会聚集并形成复杂的分子,这些分子随后会构成复杂的生命。

科学家们迫切想进入四维空间,可以把我们这个物种的长期谜团解开。这对物理学家来说也是非常鼓舞人心的,因为它代表了人类寻求统一四种基本力量的一个巨大飞跃,并最终代表了人类对宇宙是如何诞生、如何发展以及它可能走向何方的理解。

点赞3、济南市 网友:淡忘如思

因为说的时空,所以从一维开始讨论。人类在大阳系内也仅能在大阳系内定义时间,为此时间无始无终仅为人类的设想。然而在整个空间里时间这个概念就无法定义了,而空间仍然成立,三维直角坐标的方法事实证明也不能准确描述整个空间。怎么办?在数学领域就有逻辑推出了所谓n维空间。事实上要定义四维空间成了一种推测,吾以为有了人类就产生了时间,而这个时间在人类发生之前就已存在(太阳系)作为一维记彔了发生在三维空间的一切,这里用的记录仅表示不能人为记录也己发生的存在,空间仍是三维的。拙见勿笑,有喷者也无妨。(一维空间在此定义为时间)

点赞4、朔州市 网友:飓风无阻

首先我简单的说下一维二维三维。目前通常说法。一维实际是指的是一条线,在理解上即为左-右一个方向.而在一个平面上的内容就是二维,只有前后左右。三维是指在平面二维系中又加入了一个方向向量构成的空间系。

如果我们把点看作零维。点动成线,线动成面,面动成体。当点移动成为线这是需要时间。成面,成体亦然。

可以得到当任何纬度在增加了一个时间的量后。就会增加一个纬度。

那么四维是什么?

从我们高纬度世界看低纬度。比如二维,一维。我可以看到一个点移动,然后变成一条线。看到了它的起点和终点。然后看一条线移动变成一个面。一个面移动变成一个体。这样我们同一时间看到低纬度的过去和现在。由此可以逆推得出,四维空间也可以看到我们的纬度的过去和现在。

点赞5、惠州市 网友:错爱一生

四维时空的概念是源自于爱因斯坦的相对论,指的是三维空间加上一维的时间,但是爱因斯坦的本意指的是时间和空间是一个不可分割的整体,而不是单纯的叠加。因此来说目前我们生活的世界就是四维时空的,所以这个问题问的有点问题。提问者想要问的应该是四维空间或者说是五维时空吧?

人类生活在三维空间中,可以很好地理解一维空间、二维空间,但是对于四维空间等更加高维的却难以理解。这受限于我们的思维方式,三维空间简单的理解就是X、Y、Z轴彼此垂直,那么四维空间再出现一个轴与前三个彼此垂直,这个时候我们就要犯迷糊了,根本构造不出来这样的模型啊!其实这很正常,如果我们可以轻松的构造出来,那绝对不是四维空间。

这个时候我们就可以用数学工具来构造四维空间了,也就是一种简单的类比推理过程,四维空间应该是超立方体结构,在三维空间的投影就是立方体。现在对于高维空间的研究主要是弦论在做,上个世纪最开始的弦理论认为宇宙是26维时空的,随着发展超对称粒子的加入,形成了新的超弦理论。超弦理论认为宇宙是10维时空的,但是在不同情况下出现了五种不同超弦理论,因此在加入一个空间维度的情况下把这五种理论就可以结合到一起,形成了最新的M理论,该理论认为宇宙是11维时空的。

按照该理论我们生活的四维时空的是宏观的,而剩下的七个维度空间是蜷缩在微观尺寸之下的,目前我们无法探测,但是从数学上一切都是可行的。在高维空间下的物理规律等有的会变得更加简单不冗杂。又可以完美的解释物质的基本组成,以及统一四大基本作用力,无论怎么看都是一个可以统一相对论和量子力学的最佳候选者。

科学家如果可以找到四维空间人类文明将会有巨大的进步,毕竟多出来一个维度。在高维度的世界里我们可以轻松的控制低维度世界的生物。简单理解:如果存在二维生物的话,我们可以从三维空间轻松的把二维生物提出来,而这个二维纸片人在它们的世界就彻底消失了,用二维生物的科学理论解释不了这个现象,这在它们的世界就是一个未解之谜。


文/科学黑洞,图片来源网络侵删。

点赞6、蚌埠市 网友:萌呆淑女

科学家迫切想进入四维时空,他们是否发现了什么?

在科幻大片中早有对时空高维的描述,比如《星际穿越》中的虫洞和黑洞内的五维空间,又或者玄幻小说中描述的修为到达一定层次后即可打开某个储物空间,甚至是一个永远都装不满的超大空间,随时可以开启,而且在紧急状态下还能进入避难等!尽管暂时并没有相关的科学理论支持,但在小说中或者大片中却已经天马行空般的各说各话了!

现代科学理论对于空间描述涉入最深的是广义相对论,认为引力就是质量在空间中表现,空间能被质量所扭曲,甚至能传递质量波动产生的涟漪(引力波),但却并不支持维度理论!在空间理论上支持多维空间理论的是数学模型!

从零维开始到四维的模型,当然三维空间中无法表现出四维的那种全方位包围感,只是一个简单的投影而已,而更高维,平面上已经苍白无力了!如果您不信的话不妨看看下图:

说实话笔者看不出这是几维,但依据四维空间模型全方位包围的原理,高维在空间上的叠加是几何级数的,所以画更多无助于理解,只需要四维即可了解维度理论!在本文中我们并不支持将时间作为一维,因为我们认为时间可以拉长也可以停滞但却无法倒退,因此闵可夫斯基空间不在本文讨论之内!

我们最想突破的也是维度,这有如下几个理由:

1.速度的上限是光速

2.三维宇宙可能是无限大

似乎我们从三维和光速上并不能探究整个宇宙,因为不可能将有限的生命用在无限的宇宙探索上,似乎个中的关键是空间,突破了维度的限制,也许一个新的世界将展现在我们面前!比如:

1.在四维空间中最近的也许并不是三维中的直线

2.空间是否能以某种方式被折叠?

3.如何利用空间的弹性?

但在现阶段所有的一切都是空谈,其中的奥秘也许就在量子力学和广义相对论的矛盾焦点黑洞上面,但以现代天文理论根本无法在黑洞上形成统一意见,比如霍金辐射就无法验证,也许未来还有很长的路要走,但至少现在可能已经迈开了第一步!

现阶段维度理论还是非常有市场的,当然这比较肯定,因为在确认之前,一般人都喜欢往自身所希望的那样设想,但未来是否如此,也许要我们最抱有希望的科学去验证!

点赞7、来宾市 网友:萌无敌

其实远不止四维空间,只不过刚好卡在这里,如果四维空间已经研究明白了,你可能又会问:"为什么科学家迫切想要进入五维空间……",科学家们总得研究点啥,而浩瀚宇宙,一直以来都是最吸引人的存在。

双鱼玉佩曾经掀起一股对空间纬度探索的热潮,同一个东西在不同时间段的形态同时出现于某一地方,随着双鱼玉佩的传言越来越多,科学家们对超三维空间的探索也进入到了"死磕期",仅仅能够提出不同空间的理论,但无法证实。

科学家究竟发现了什么我们恐怕暂时无法得知,但想进入四维空间也不一定非得是发现了什么,人类对未知的探索力和好奇心从古至今一直存在,或许也正是因此,人类才得以飞速发展,和人类一起出现的其他物种在数千年的进化中变化均不大,可人类却不但站在了生物链的顶端,还驯服了家禽牲畜以及宠物。

再回头说说四维空间,我们人类居住在拥有长宽高的三维空间,而四维空间则在此基础上增加了一条贯穿整个空间的时间轴,举个例子,假如你亲眼目睹了一场车祸的发生,从开始到伤者被送上救护车,你始终只能处于当下,先看见车祸后看见救护车,虽然你经历了全过程,但花费了不少的时间,但四维空间就不同了,你可以同时看见两个不同时间段发生的事,也就是说当你看见车祸的同时只要你想你也能看见伤者是如何被送走的,就好像放电影可以快进,不过也仅仅局限于看见,不能做出任何改变。

这样一个仿佛拥有穿梭时空能力的空间,难道你不想探索吗?

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点赞8、乐山市 网友:弑丿白狼

四维时空就是我们人类的现实时空,所有人类都在里面,不用迫切去想进入。题主可能说的是四维空间吧,一字之差,是二个意思。这些“科学家”若非要进入四维空间,那就先看看能否进入二维空间,先实验一下,因为二维空间与我们人类的三维空间更贴近。但是,一个平面(二维),即使加上的厚度再薄,也是三维立体空间,就是说二维平面没有厚度,“科学家”本领再高也进不去的,四维空间就更不用谈了。

点赞9、松原市 网友:兮子北

我们都想进入四维度的空间,都觉得多维度空间炫耀的事情较多。要进入这个空间,你必须要粉身碎骨。抛弃你这个肉身凡胎。

其实,在睡梦之中,我们已经进入到了四维度的空间。我们所有的想象力都是超过四维度的。冥想,那就是多维度的。

从这个意义上来说,我们随时随地随随便便就可以进入四维度,那么我们还求什么呢?

智慧和方法论是很重要的。

而生存是一种智慧,没有智慧呢?就不开窍,什么也看不明白。

人这一辈子,不是要看明白别人最关键的问题是要看明白自己。

一切的能量,一切的智慧都来自于我们自身,我们的自性什么都包括,你要多少维度空间都会有要多大的智慧,也都会有,但是呢,就看你会不会琼不能向外求?一定要向内求,向你的心求。

向内心求改变自我。

放空放下,看破,放下,你就明白了,多维度的空间是怎一回事儿。

这个看破的修炼是一个系统化的工程,是特别的不简单。

好多事情是读明白了,自己一切就明白了。


点赞10、梧州市 网友:陌浅苒

四维时空是爱因斯坦最早提出的概念。爱因斯坦将时间作为了类似于空间的几何维度概念纳入了物理学方程中,才有了相对论的出现。

所以在相对论的解读下,我们本来生活在一个四维时空中,所以不存在题主说的进入问题。或许你想说的应该是进入四维空间,或者叫超空间。对于四维实际上有很多种理解。

最早的宇宙学模型

1917年,爱因斯坦发表了一篇《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》。这篇论文为现代宇宙学奠定了理论基础。

广义相对论的场方程看似简洁,但它实际是一个十阶方程组,包含十个未知数,所以要解相对论场方程,就必须确定一些前提条件。

如果用场方式来推测宇宙的状态,就必须合理为一些未知数赋值,物理学家常常会确定一些“初始条件”和“边界条件”。当然这一切大都只能靠合理假设,或者说靠猜。



爱因斯坦就假设宇宙是“有限无界”的。

在《狭义与广义相对论浅说》的第31节中,爱因斯坦就描述过一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性。

“对于这个二维球面宇宙,我们有一个类似的三维比拟,这就是黎曼发现的三维球面空间。它的点同样也都是等效的……不难看出,这个三维球面空间与二维球面十分相似。这个球面空间是有限的(亦即体积是有限的),同时又是无界的。”

这里说的球面空间,在今天理解看来就是一个四维超球体中的一个三维立体“超球面”。这里的“面”代表的是镶嵌在超空间表面的立体空间。

如果说这样的宇宙有中心,那它的中心就在这个四维超球体的中心,它不会位于宇宙之中,而是在我们进入不了的第四空间维度上。

四维思想的起源

四维时空虽然是爱因斯坦提出来的,但四维思想的来源,来自黎曼对空间的洞察。



1854年,黎曼在哥廷根大学就职演讲上,对几何的基础侃侃而谈。由此开创了动摇了欧几里得几何的统治地位的黎曼几何。虽然在他之前,罗巴切夫斯基的罗式几何也一直革新的非欧几何,但罗式几何描述的空间与现实空间不符,或者说无法用于物理学上的应用描述。

黎曼几何则可以极大的匹配现实物理描述,虽然当时人们并不知道。当黎曼几何风靡全球后,它其中的间四维空思想也席卷了整个欧洲,到1910年,神秘的四维开始大量出现在文化、艺术领域,而成为了家喻户晓的谈资。

四维空间的定义

简单来说,过空间一点,能够形成4条相互垂直的线,这样的空间就叫做四维空间。



以日常认知来说,这样的4条线是做不出来的,我们只能做三条相互垂直的线,所以一般认为文明生活的空间是一个三维空间,即立体空间。

我们无法想象,在长、宽、高三个维度上还有垂直于它们的第四个维度。所以就目前实际情况来看,四维空间只是一个数学概念,以及其他高维空间,我们都无法确定,也无法检验。

四维空间比三维空间多出一维,一般就意味着四维空间会比三维空间更大。打个比方来说,在一个固定面积的二维平面上面,如果放满了东西,还要继续堆东西就只能往上堆了,所以三维空间比二维空间“大”。所以说高维空间会比低维空间,能装更多的东西。

因此普通人把四维空间用来装妖魔鬼怪;作家把四维空间用来装科幻故事;而科学家把四维空间以及高维空间,用来装这世上已发现的自然定律。

物理学上最早的四维空间思想

最早把第四空间维,旧称第五维纳入物理学的,是一个叫卡鲁扎的不知名数学家。他利用第5维统一了爱因斯坦场方程和麦克斯韦场方程,后来被完善成为卡鲁扎-克莱茵理论。



在到后来发现了强力与弱力,以及一堆传播粒子,弦理论就把空间提升到了26个维度,来描述它们。接着纳入超对称思想后,才把维度降到了9个空间维,进而出现5个版本的超对称理论,最后爱德华·威滕又加了一个维度将5个版本统一成一个M理论。

但这一切的一切都是为了将原来的自然定律进行统一。理论物理学家们发现在三维空间里,这些自然定律无法相容,甚至矛盾,而只有把它们放在高维空间之下,利用高维空间里的超对称性,才可以把他们融合统一。

总结

虽然理论物理学家给空间加了这么多维度,但除了威滕最后加的那一个维度,所有的额外维度是十分小的,小到普朗克长度(10^-35m)以下,被称为卡-丘空间。



它们并不会显现,也不会影响我们日常生活。当然,每一个弦理论学家都想求证这样的卷缩空间是否存在。

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点赞11、林州市 网友:叶自飘林

四维时空,也就是三维空间加上一个时间维度,其实这就是我们目前所能看到的宇宙,我们生活在三维空间+一维时间组成的四维时空里,这也是当初爱因斯坦提出来的,不过,题主想问的是高维时空吧,这就不得不说下弦论了,因为现如今你所听到的关于“维度”、“平行宇宙”的事情都与弦论有着千丝万缕的联系。

弦论究竟是什么?

起初,为了解决量子引力理论中的问题,发展出了弦论,量子引力理论目的在于解决广义相对论与量子力学之间的矛盾,因此,如果弦论是正确的,那么大统一理论就实现了。

弦论的历史发展经历了二次革命,在第二次弦论革命之前,关于弦论总共有五种版本,直到被一个人给统一成了一个M理论,这个人就是爱德华威腾。M理论需要11个维度才能运作起来,11个维度中当然也包含了时间维度,其余的维度,目前人类还不可见,因此我们看起来只是生活在四维的宇宙中。

弦论认为一切物质、一切相互作用力皆是由最小的基本组成构成,这个最小的基本组成就是一维的弦,弦有着不同的振动频率,不同的振动频率于是就成为了不同的粒子,正是由于弦“谱写”了这么多的“音符”才构成了如今的宇宙。

而且,对于弦论,它本身还预测了不少很具有脑洞的猜想。比如,弦论预测存在无数个具有着不同自然常数的宇宙,也许我们都是生活在一张处在更高维度中的三维的膜中,有无数个与我们一样完整的世界存在着,只是我们还看不到它们。

弦论最有可能成为真正的万物理论,不过,它也遭受着来自于学界各方的质疑,质疑的理由无外乎这一点,即:虽然弦论做出了很多实质性的预测,但是目前还无法检验这些预测,这与传统物理学的根基实验去检验理论相悖,所以,弦论还不能算是一个真正的科学理论。

但不管怎么说,弦论是基于现代物理学两大支柱——相对论、量子力学而建立起来的,它是一个大胆同时也是一个极具挑战性的前沿理论。

一个个卡拉比-丘空间

回到题目上来,科学家并没有发现什么,因为现如今关于弦论所作出的预测,现有的技术水平还无法检验。人类还无法窥探六维的卡拉比-丘空间里到底是什么情况。

文/科幻船坞

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