高维宇宙存在吗?四维空间是什么样的?难以描述的高维空间

发布者:泰山顶上 2023-5-23 19:23

维度这个概念提出后人类就一直对更高维度的空间念念不忘,寻找高维空间或者找到更高维度的理论成为我们一直追寻的目标。在很多科幻作品中也加入了高维的概念,在《三体》小说中甚至将宇宙描述成了十一维,而且不仅有很多维度,这些高维空间还可以塌陷成低维空间。

我们生活在一个三维的时空当中,对于三维及以下的空间结构我们可以说有一套完整的理论。这挺正常,因为三维空间其实兼容三维以下的物理表现。比如我们可以将零维描述成一个点,一维描述成一条线,二维描述成一个面,将三维描述成一个立方体的空间。但高于三维的空间长什么样我们无法想象,原因特别简单,我们的想象都是建立在大脑对于已知事物的反射,没见过的事物在我们的大脑中一片空白,大脑也无法凭空建立没有见过的模型。

那么,四维空间到底长什么样呢?我们在整理三维以下的维度特点时找到一个看似可以突破的方法,比如我们将每一个低维度空间看成高维度空间的投影。三维的立方体投影在二维平面上时就是一个平面,将二维的面竖直投影时就会得到一条线,将线竖直投影时就会得到一个点。以此类推,我们所处的三维空间是否也是四维空间在三维中的投影呢?克莱因瓶就是其中一个设计,被认为可能是四维在三维中的投影状态。不过,我倒是认为这有点扯淡。

投影问题只是我们根据光照的影像去想象的产物,因为实际中的投影只是因为光照将物体的三维结构的一个面体现在平面上而已。相当于将三维中的其中一维的信息丢失掉了,同理二维的投影也同样丢失了其中一维的表现。并且无论是三维物体的投影,二维平面的投影,一维的投影其实都是它们在二维中的表现形式。零维是二维中的一个点,一维是二维中的一条线,二维是二维中的一个面。投影只是一个将任何东西放在二维平面中的方法,也是我们解释更低维度的方式,但用投影法去解释更高维度就非常不合理了。

三维是一个维度分界线,在三维以下都是简单维度空间,点,线,面,立方体都是最简单的。可当在三维上增加一个维度时,无论是什么样的结构,使用投影的方法就很不合适了,因为我们不能保证投影会失去一个维度还是两个维度的信息。克莱因瓶只是我们认为的一种循环结构,但我们不知道缺少的那个维度在哪,又是以什么形式存在的。

我们貌似进入了一个误区,我们总是在空间上做文章,总觉得是否有一种在空间结构上比三维多一个维度的空间,但三维之上的空间可能并不是在空间结构上增加维度。我们的误区在于我们并没有完整的认识维度,在我们这个时空,维度并非只有三维的空间和时间,还有更多。比如宇宙中的四种基本力是否也是四个维度呢?比如能量和物质是否也应该计算在维度之内?还有暗物质,暗能量,这些其实都应该算在我们的宇宙维度之中。

更高维度的宇宙或许并不是在空间结构上有所不同,而是比我们的宇宙多出一些我们不知道的某种能量或者物质,又或者不同的力。这才应该是我们的研究方向,整天死磕空间不会有实质性的进展,任你想破头也不知道如何设计出一个空间上的高维度。有时候我们老是觉得一切皆有可能,但实际上宇宙的空间结构也许只有三维是最稳定的,无论是能量还是物质又或者是空间,总是遵循着从不稳定到稳定,从无序到有序的定律。所以理论上来说在空间结构不同的宇宙不存在,但包含更多其他维度的宇宙可能是存在的。

所以,所谓的四维宇宙也许在空间上和我们的宇宙并没有什么不同,比如我们所说的暗物质,暗能量,如果在另一个宇宙中这些暗物质和暗能量成为了可见物质和能量时,这个宇宙就可以称为高维宇宙。另一个角度上来说,三维已经足以描述空间构成,任何一个宇宙都可以在三维的形式下容纳更多其他维度。所以,寻找更高的空间维度其实没有意义,就算找到了,我们也进不去,那边也过不来。我们寻找更多的其他维度才是真正需要的,比如暗物质,暗能量,如果能找到,是否就等于我们进入更高的维度了呢?

大家都在看

  • 探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知

    探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知 本文由AI创作 抬头仰望深夜星空,漫天星辰静谧闪烁,浩瀚苍穹无边无际。渺小的我们望着这片深邃夜空,总会心生疑惑:宇宙从何处诞生,到底有多大?星河之中是否存在其他生命?无数神秘谜题,深深吸引人类不断探索追 ... 宇宙探索05-10

  • 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量

    宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量一个令整个物理学界困惑的发现1998年,两个独立研究团队在观测遥远的Ia型超新星时,发现了一个令所有人震惊的事实:宇宙的膨胀速度不仅没有因为引力而减缓,反而在 ... 宇宙探索05-10

  • 科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙!

    科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙! 科学家意外发现"太空捷径"。星辰视频。往返火星仅需五个月,科学家意外发现"太空捷径"或颠覆传统认知。一项发表于《宇航学报》的研究揭示,通过分析近地小行星2001CA21的早期轨道数据,科学家意外找 ... 宇宙探索05-09

  • 宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇

    宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇 星系演化:宇宙岛的百亿年传奇当你在晴朗的夜晚仰望星空,用望远镜指向仙女座方向,你会看到一团模糊的光斑——那是距离我们254万光年的仙女座星系(M31)。它和我们的银河系一样,是一个由数千亿颗恒星组成的巨大&# ... 宇宙探索05-09

  • 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕

    宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕它的名字是一个美丽的历史误会。18世纪的威廉·赫歇尔用望远镜观察时,觉得这些天体圆润而朦胧,酷似他刚发现的天王星(当时称为"行星")。于是他将其命名为" ... 宇宙探索05-07

  • 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器

    宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器当你在地球上用粒子加速器把质子加速到接近光速,需要建造长达几十公里的巨型装置。而在宇宙中,天然的"粒子加速器"遍布各处——从脉冲星的磁层到星系中心的 ... 宇宙探索05-07

  • 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移

    宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移2008年,一组天文学家在分析WMAP卫星的宇宙微波背景辐射(CMB)数据时,发现了一个令人不安的现象:成群的星系团似乎正在以惊人的速度——每秒约1000公里——朝宇宙中同一个 ... 宇宙探索05-07

  • 人类为什么要探索宇宙?

    人类为什么要探索宇宙? 你有没有想过一个细思极恐的问题:我们用詹姆斯・韦伯望远镜能看到 135 亿光年外的星系,能拍到黑洞的照片,能把探测器送到火星和冥王星。但我们,永远也飞不出太阳系。这不是科幻小说里的悲观预言,而是基于现有物 ... 宇宙探索05-04

  • 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程

    探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程2024年10月,我国发布《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》,明确将“地外生命探寻”列为核心任务,正式开启迈向宇宙深处、寻找生命踪迹的科学征程 。这是我 ... 宇宙探索04-30

  • 4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索

    4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索 今天(23日),中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。中国科学家 ... 宇宙探索04-25