美國物理學家稱找到觀察六維空間方法


 



威斯康星大學麥迪遜分校的一位物理學家尋找到了觀察六維空間的靈感。他提出的觀察六維形狀的方法被發表在本月的《物理評論快報》上。

除了四維時空,另有六個人類未知的空間維度

我們都知道,自己生活在三維空間之中,如果加上時間,那麼是四維時空。可有科學家稱,還有另外六個空間維度是人類至今不知的。

來自2007年2月2日的《物理評論快報》的一則消息稱:威斯康星大學麥迪遜分校的一位物理學家從太空中尋找靈感,提出了這樣的一個假設,在物理學「弦論」的基礎下,人類的世界並不完整。除了三維空間和時間之外,還應該存在另外六個空間維度。這些「隱藏」的空間維度以極其微小的幾何形狀捲曲在我們宇宙的每一個點中。六維空間可以接納任何可能的形狀,而且都與其自身的世界相一致,具有其自身的物理學規律。

這無疑像一顆重磅炸彈落在物理學界。如果真的有六維空間存在,那麼愛因斯坦的「相對論」就顯示了其理論自身的不完善。

對於人類而言,我們習慣了三維空間的概念,如何能想像和接受六維空間?這神秘的六維幾何體到底是怎麼樣的形狀?難以捉摸的六維空間確實存在嗎?

人類為什麼看不見其它六維

中國科學院理論物理所朱傳界教授告訴記者,「宇宙應該是十維的」是根據一種超弦理論的論證,科學家通過數學方程計算得出的結論。就目前而言,人們只瞭解一維時間、二維平面、三維空間以及愛因斯坦提及的「四維時空」概念。除此之外,「超弦理論」預測還應該存在另外六個人類未知的空間維度。

那為什麼另外六個空間維度看不見呢?

朱教授以水管為例說,當人們站在這根水管的正面看時,水管就是一條直線,我們就只看到了它的前後,它就是一維的。當人們站在一個平面裡,看這根水管,就能看到水管的上下左右,那麼人們就看到了它就是二維的。當人們在一個立體的空間裡看這個水管,它的前後、左右、上下都收納在我們的眼中,那麼它就是三維的。

可如果人們把這根水管放在兩維的平面中,然後又把這個兩維的平面放在三維空間中,那麼會是什麼樣的呢?於是,科學家把水管想像成像一根頭髮絲那樣細。科學家認為,六個「隱藏」的空間維度,以極其微小的幾何形狀,捲曲在我們宇宙的每一個點中。

這種觀察六維形狀的方法之所以被發表在《物理評論快報》上,是因為這種方法能證明通過實驗數據來觀察這些難以捉摸的維度形狀特徵是可行的。同時,六維空間的存在也是證實「超弦理論」的主要方面。


六維空間究竟存不存在

從廣袤星系到亞原子微粒,「超弦理論」囊括了所有物體的物理學規律。幾十年來,關於「超弦理論」,很多科學家都爭論不休,贊同的、反對的,各種聲音都有。

擁護者:

沒有一個意見能夠反駁

不少超弦理論的擁護者表示,目前還沒有一個持反對意見者能駁倒它。一旦驗證「超弦理論」是正確的,那麼人們就能通過解密它們對130億年前宇宙大爆炸釋放的宇宙能有所瞭解,藉助時間機器,穿越黑洞後,「看見」神秘的六維幾何體。

「不過,你也不用為看不見十維的世界而感到擔憂。」威斯康星大學麥迪遜分校的這位物理學家說,「因為我們的大腦習慣於只是三維的空間,而對於其他六維空間結構卻很難感知。雖然科學家們利用計算機模擬出了類似的六維幾何體,但沒有人能夠確切地知道他們的形狀到底是怎麼樣的。」

他說,「我們的想法就是回到那個時候看看到底發生了什麼事情,當然我們不可能真的回去。」

很多科幻愛好者都夢想著搭乘時間機器遨遊時空,有些科學家也嘗試著用最新的原理來證明時間旅行的可行性,也試著用「超弦理論」來討論它。

因為缺少必要的時間機器,他們使用了另外一個最好的東西,一幅宇宙大爆炸釋放的宇宙能量圖。這種爆炸釋放的能量在隨後的130億年裡其實都沒有發生變化,它可以被衛星捕捉到,比如美國的威爾金森微波各向異性探測器。通過繪製出宇宙能量圖可以幫助人類對宇宙的雛形有一個大概的印象。

反對者:

六維空間僅是人為想像

「我個人反對弦論研究者用這樣肯定的口氣說話。也許我們真的掌握了部分真理,也許我們一直以來僅僅是研究一個針尖上能有多少天使跳舞。」中國科學院理論物理所研究員李淼在其個人博客這樣說道。

◆背景知識

神奇的萬有理論

中國科學院物理所研究員李淼撰文的《弦論史話》中介紹,所謂「超弦理論」,又叫「弦論」或「萬有理論」。

據李淼介紹,現代弦論的創始人之一是在加州理工學院工作的物理學家史瓦茲,他「十年如一日」,將只有幾個人知道的理論做成如今有數千人研究的學問。史瓦茲也因此得以擺脫三年延長一次的位置,終於成了加州理工學院的正教授。

1968年,一位在麻省理工學院工作的義大利物理學家威尼採亞諾翻了翻數學手冊,發現一個簡單的函數滿足對偶性,這就是著名的威尼採亞諾公式。而超弦理論正是起源於這個公式。

超弦理論認為,在每一個基本粒子內部,都有一根細細的線在振動,就像琴弦的振動一樣,因此這根細細的線就被科學家形象地稱為「弦」。我們知道,不同的琴弦振動的模式不同,因此振動產生的音調也不同。類似的道理,粒子內部的弦也有不同的振動模式,不過這種弦的振動不是產生音調,而是產生一個個粒子。換言之,每個基本粒子是由一根弦組成。

超弦理論認為,粒子並不存在,存在的只是弦在空間運動;各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。自然界中所發生的一切相互作用,所有的物質和能量,都可以用弦的分裂和結合來解釋。

弦的運動是非常複雜,以至於三維空間已經無法容納它的運動軌跡,必須有高達十維的空間才能滿足它的運動,就像人的運動複雜到無法在二維平面中完成,而必須在三維空間中完成一樣。



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