多维空间:数学家证实四维空间真实存在,我们进去会变成什么样?
最近由科幻作家刘慈欣的科幻作品《三体》引发的关于“降维打击”的讨论再次刷爆了朋友圈。
在这些讨论中最为人津津乐道的莫过于地球上是否真的存在比人类更高维度的生命。
当这样的生命真的存在,并且降临到地球之后,会对人类造成怎样的“降维打击”呢?
当然这样的猜想目前还无法找到确凿的证据,但我们可以通过一些科学理论来推断这一可能性。
什么是维度?
要想理解“降维打击”,首先要对“维度”有一个基本的认识。
在日常生活中我们所处的是三维空间,它包括了长度、宽度和高度,这也是我们所熟知的空间维度。
在数学中维度是描述对象状态时所需要使用的独立参数,在物理学中维度又摇身一变,成为了系统自由度的数量。
维度的概念可以说是无处不在,比如在几何学中,一条直线只有一个维度,一个平面则有两个维度,再比如我们所熟知的时间,也被称之为第四维度。
高维空间中的生命形式
地球上的生命形式都是基于三维空间的,那么在更高维度的空间中,会不会存在着和我们截然不同的生命形式呢?
或许在更高维度的空间中,生命的形式会变得非常奇特,它们可能不需要经过繁琐的运动,就可以在空间中随意穿梭,也或许它们可以看到我们无法观测到的事物,甚至可以预知未来的一切。
当这样的生命降临到我们所处的三维空间中来,对我们所带来的“冲击”也是无法想象的。
虫洞和时空隧道
虫洞是相对论中一个非常有趣的概念,它是由德国天文学家路德维希·弗拉迈特在1916年首次提出的。
虫洞可以将宇宙中的两个点连接起来,也就是说,如果我们能够找到虫洞存在的证据,并且能够控制虫洞,那么人类就有可能实现星际穿越。
在相对论的理论中虫洞还可以被理解为时空的一种曲折,当虫洞出现时它就像是一条连接两个不同空间的隧道,只要我们能够进入虫洞,就有可能穿越到另一个空间中去。
不仅如此虫洞还为人们构建了一种非常特殊的时空观念,它使得人们能够将时空想象成一种弹性的物质,可以被曲折、伸展,甚至穿越。
黎曼几何则为虫洞的存在提供了一种理论基础,它认为,空间不仅可以是平坦的,还可以是弯曲的。
在黎曼的几何理论中,空间是没有边界的,也就是说,当我们在空间中前进的时候,有可能会绕回到原点,也有可能会进入到一个全新的空间中去。
当我们面对这样的空间时,我们所熟知的几何学知识就会失效,直线也不再是最短的路径,平行线也有可能相交,甚至三角形的内角和也不再是180度。
这样的空间就像是一张张纸一样,当它们被曲折的时候,就会形成虫洞,而人类也有可能通过虫洞,穿越到另一个空间中去。
人类对高维空间的探索
关于高维度空间的讨论可以说是源远流长,无论是从宇宙学的角度,还是从量子物理学的角度,人类都在不断的探索着高维度空间中的各种奥秘。
就拿宇宙学来说,科学家们通过望远镜所观测到的宇宙,已经远远超出了我们肉眼所能看到的范围,它让我们知道,原来宇宙是如此的广袤和辽阔。
在量子物理学中,人们还发现了诸如“弦理论”等一系列关于高维空间的理论模型,它认为宇宙中最基本的物质不再是点,而是一维的弦。
这些弦在宇宙中振动,不同的振动频率又会形成不同的基本粒子,从而构成了我们所熟知的物质世界。
为了让弦理论成立,科学家不得不引入十维、甚至是二十六维的超空间,只有在这样的高维空间中,弦理论才能够和其他理论模型进行统一。
结语:
或许在很遥远的未来,人类的确会发现高维度空间的存在,并且可以通过某种方式,进入到比三维空间更高维的空间中去。
或许在那样的空间中,我们所认知的世界会发生翻天覆地的变化,也会有各种无法想象的奇异生命形式存在。
但无论怎样我相信人类的探索精神是无穷的,正是通过对高维空间的探索,我们才能更深刻的认识宇宙和生命,也才能更好的理解我们自己。
【小贴士】如何理解高维度空间?
1.通过类比的方式来理解。
比如可以通过一张纸的折叠,来理解虫洞的概念,也可以通过二维生物的思维,来理解高维空间的奥秘。
2.通过数学和物理的知识来理解。
比如可以学习一些关于几何学和拓扑学的知识,也可以了解一些关于弦理论和超对称理论的内容。
3.通过科幻作品的阅读,来拓展自己的想象力。
科幻作品中经常会涉及到高维度空间的描绘,通过阅读这样的作品,也可以给自己带来很多启发和猜想。
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