物理学中的第五维和第六维是什么,它们有什么用?

香卉浏览情感 2025-02-01 03:31:02

我们生活在四维空间中。但这并非完全意义上的四个空间维度,而是一种3+1的组合,其中3代表几何空间维度,1代表时间维度。它们紧密相连,基于此,我们可以说我们所处的空间有四个维度。但实际上,维度可能更多。

在数学中,N维空间意味着可以用N个数字来描述位置。例如,在三维空间中,你需要三个坐标(如x、y、z)来确定一个点。我们生活在四维世界(三维空间加时间),所以要描述一次会面,需要四个维度。

所谓的第四维

有时,第四维也被视作另一个几何维度,人们会画出传统的超正方体或超立方体来表示。我提及这一点,是想表明维度名称中的数字并没有那么重要。因为这样一来,我们就可以说我们已知4+1个维度了。但关键是要理解问题的本质,名称开头的数字并不是重点。

第五维出现在诸如弦理论和卡鲁扎-克莱因理论等模型中。弦理论提出了一种有趣的方法。它不再将宇宙看作是由微小的点状粒子构成,而是假定一切都由振动的能量弦构成。卡鲁扎-克莱因理论则是早期试图通过在爱因斯坦的广义相对论中引入第五维,来统一引力和电磁力的尝试。

第五维常被用于表示平行宇宙,或者像电影《星际穿越》中那样,用于描述时间旅行的可能性。想象一下,你能突破我们这个四维宇宙的限制,穿越到更高维度,进入另一个现实版本。

电影《星际穿越》中的解释值得特别关注:

把我们的宇宙想象成三明治里的果冻,面包则代表多维空间。在我们的宇宙中,两点之间的距离可能是100光年。然而,在面包(更高维度)中,同样的两个点距离要近得多——被压缩了N倍。比如,这100光年的距离在更高维度中可能会被压缩到15万公里。

虫洞起作用的方式是创造一条捷径:它穿透果冻(我们的宇宙),进入面包(更高维度),沿着更短的路径前进,然后再次进入果冻,从而大大缩短了旅行距离。

所以,第五维可以被看作是一种“从外部观察宇宙”的方式。要描述它是什么样的非常困难。从技术上讲,可以通过进一步的建模和绘制N维立方体来实现。

我们只需添加新的超平面,就能得到有十个维度的立方体

第六维则更进一步。如果说第五维能让你在我们宇宙的不同平行版本之间穿梭,那么第六维能让你跳跃到完全不同的宇宙——那些有着全新物理定律和常数的宇宙。

这些宇宙可能光速不同,引力的作用方式也截然不同,甚至可能存在我们无法想象的粒子和力。

把第五维想象成树枝——你可以在同一现实的不同结果之间移动。而第六维就像是完全走出森林,找到一棵全新的树来探索。

但最关键的,或许是另一个问题:我们为什么要构建这样的理论体系呢?

第六维(以及其他维度)出现在像弦理论这样的理论中,在弦理论里,数学计算只有在存在10个维度时才成立(在M理论中是11个维度)。这些额外的维度有助于解释一些尚未解决的问题,例如,宇宙中的所有力(引力、电磁力等)如何能纳入“万物理论”。

甚至有一种理论认为,大爆炸是另一个宇宙的终结。就像一个宇宙的坍缩和我们这个宇宙的诞生。这与多元宇宙的概念有关,在多元宇宙中,存在无数个宇宙,每个宇宙都有独特的属性。

的确,这些维度完全是假设性的,并且可能因使用这种逻辑的科学家和具体情境的不同而有所差异。

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