多维度空间

多维度空间 大家都知道，我们所生活的这个宇宙是个“四维时空”，即在长、宽、高的三维空间上再加上时间这个“第四维”。 那么，在这个四维时空上，我们再加一个“第五维”，那将会怎样呢, 在此之前，我们必须先了解关于“维度”的基本知识。 古希腊家欧几里得在其著作《几何原本》中给点，线，面给出了严格的定义。书中说道:“立体的截口(末端)是面，面的截口(末端)是线，线的截口(末端)是点。”而法国哲学家笛卡尔对“维”所下的定义是:“确定位置所必需的数值的个数。”那么，在没有形状与大小之分的点内无所谓位置，因此，点是零维。以此类推，直线是一维，平面是二维，立体空间是三维。 在一维的线中，只能比较每个区域的长度，各区域只能沿他们的所在直线移动。而当上升到了二维时，我们便可以比较区域间的形状与面积的大小，并且各部分区域可以实现平移和旋转。而到了三维空间时，我们还可以比较体积。在三维空间可以有环和扭结等二维空间所不能存在的复杂的图形。同时不仅可以平移，旋转，还可以进行翻转。 如果仅仅是确定一个物体在一个空间内的位置，那么只需要三个数值就够了。但我们还不能说明我们生活的是一个三维空间。 比如说，2008年10月1日我在家里，这就相当于确定了一个位置，但这并不代表我在2008年10月16日中午，我仍在家里。这就表明确定一个物体位置还要再加上时间这个“第四维”，我们把这四维称作“四维时空”。 物体可以在三维空间的三个方向轴(长、宽、高)上随意移动，但却不能在时间轴上做到这点。就是说，在四维时空内，物体无法实现时间倒流。 一维的线有直线和曲线之分，二维的面有平面和曲面之分，同样，三维空间和四维时空也一定有平直与弯曲之分。 设想一下，一只小虫子从纸片的一端爬到另一端，必然要费许多时间。但是如果把这张纸片弯曲，使纸片两端紧靠在一起，那么虫子很快便可以爬过去了。如果四维时空发生弯曲，我们便可以实现“瞬间转移”了。如果进行更大胆的猜想，当时间轴也弯曲的时候，我们是不是就可以实现“时光旅行”了呢,至于如何让时空弯曲，我想黑洞也许能帮上忙。 1 爱因斯坦曾经用广义相对论解释过万有引力。比如说苹果从树上掉下来。是因为地球的质量较大，使其周围的四维时空发生了弯曲，因此苹果酒顺着弯曲的时空向地球移动了。 就好比我们所生活在的这个四维空间是一张膜，地球在这张膜上，使其往下陷了一点。而太阳使膜下陷的程度要更大些，在 它周围的物体都会向球心移动，而那张弯曲的膜 就像是弯曲的四维时空。 大家都知道，光沿直线传播。但在弯曲的时 空里，光路好像是弯曲了一样。就像打高尔夫球 一样，球若是经过洞的边缘，但又没有进去，那 么球的路线也会发生变化。同理，光路在弯曲的 时空也会发生变化。 下面该讲讲人类所察觉不到的第五维，第六 维等更高维度了。 我个人认为，因为点动成线，线动成面，面 动成体，时间轴上的每一的点又可以看做三维空间，因此，体动成时。而第五维可以看作是许许多多时间轴组合成的时间面这些时间轴，时间面，又在一个六位的空间内运动„„ 另外我还猜想，弯曲的一维线可以围成一个二维面，而弯曲的二维面可以围成一个三维体，以此类推，弯曲的四维时空自然就可以围成更高维数的模型了。 一条绳，从远处看，它是一维的，但是从近处看，它的确是三维的，同样，四位以上的空间很小很小，觉察不到，用高倍数的放大镜有可能发现这些维数，这就是著名的卡鲁扎?克雷恩理论。他还指出，第五维是一个卷缩成环的细小维度空间。在此环状维度上移动，会立即回到原来的位置。 在此基础上，陆续有科学家提出了更高维数空间的模型。比如两个空间维度卷缩成轮胎状，或两个空间维度卷缩成球状的“六维时空”等。甚至还有六个空间维度卷缩而成的，“轮胎般的球状的”“十维时空”。 说到这里。我不得不提及一下“力的统一”这个物理的大课。牛顿指出，使苹果向地面掉落的那种力与作用属于同一种力(重力=引力)。后 2 来又有一位英国物理学家詹姆斯?麦克斯韦把静电的那种力和磁铁的那种力也统一为一种“电磁力”。现代物理学家竭力想要说明的，则是最基本的四种力即“引力”，“电磁力”，“强力”(强相互作用)，和“弱力”(弱相互作用)，全都应该是同一种力。他们的这种努力是要把所有的力都统一为一种力。实现力的统一是现代物理学家的一个终极梦想。 物理学家认为，只要有第五维存在，就很有可能实现“力的统一”。就像我们从不同的角度看一件物体，它会在左右眼里形成两张“投影”，再在大脑里合成这个物理的“像”。同样，物理学家认为，只要存在“第五维”，那么直四种基本力很可能就是同一种“源力”的四种“投影”。而现在他们所做的，就是为了寻找那唯一的“源力”。 为了实现“力的统一”，科学家又提出了“超弦理论”和“膜世界假说”。 电磁力，强力，弱力的力量单位都是开弦的状态，只有引力子是闭弦。如果把我们所生活的这个四维时空比作一张膜，膜外延伸着第五维，那么电磁力，强力，弱力都离不开这张膜，唯有引力子不受膜的约束。 与此同时，又有“黑洞”，“白洞”和“虫洞”之说，把他们作为连接膜与膜之间的通道。 在将来，人类可能会发现到更高的维数，甚至进入这些维数。科学的研究是没有终点的，相信随着不断地猜想和证明中，人们对“维”的认识会有翻天覆地的变化。 初二(4)班 袁诗钧 3