宇宙中有高維空間嗎,高維空間真的存在嗎,如何理解高維空間?

時間 2021-09-05 20:00:51

1樓:沒事逛逛雙子

目前以有相關理論,在數學上支援高維空間的說法;但是在實際當中,還無法驗證高維空間的存在。

我們一般說的空間是指三維空間,包含了上下、左右和前後三個維度;至於更高的維度,人類是無法感知到的,甚至有沒有高緯度存在,目前都無法下定論。

在經典力學、量子力學和相對論力學體系中,都沒有對空間的維度做限制;也就是說,把這些理論應用在更高的維度中時,理論也是成立的。

而在上世紀末,發展起來的一個非常前沿的理論——超弦理論,就認為我們宇宙由「十維的空間+一維的時間」組成,但是空間的七個維度被蜷曲在普朗克尺度,只有三個維度的空間在宇宙大**時了。

關於超弦理論「十一維時空」的說法,是超弦理論的直接推論,超弦理論要求我們宇宙具有十一個維度,否則超弦理論將無法自洽,這是超弦理論與傳統理論最大的不同之處。

以目前的技術條件,還無法對超弦理論進行驗證;但是關於高維空間的猜想,還是有一些物理現象對此有暗示,比如:

(1)現代天文學認為,我們宇宙是有限無邊的,假如這個模型成立,或許就暗示著我們宇宙還存在更高的維度;因為更高維度對我們的三維空間的投影,得到的三維空間就是有限無邊的;

(2)科學家已經證實,量子力學是非定域性的,或許量子力學的這一性質,暗示著我們宇宙存在更高的維度,量子力學的定域性或許能在高緯度下得到全新的解釋;

(3)數學中已經證明的卡拉比猜想,由我國著名數學家丘成桐完成證明;從而證實了六個維度的卡拉比-丘成桐空間在數學上是存在的,或許也暗示著我們宇宙存在這樣高度蜷曲的空間。

當然,以上三點針對高維空間的存在性,只是給出了一些暗示,並沒有真正證明其存在性。

2樓:張嘉年

卡拉比–丘流形(calabi–yau manifold)空間就是6維捲縮的高維空間

圖中+-號代表不可分割的最小正負電磁資訊單位-量子位元(qubit)(名物理學家約翰.惠勒john wheeler曾有句名言:萬物源圖於位元 it from bit

量子資訊研究興盛後,此概念昇華為,萬物源於量子位元)注:位元即位元

高維空間真的存在嗎,如何理解高維空間?

3樓:科學探索菌

題主想說的應該是:在二維平面上,由一維的線圍成了一個圓,圓在二維平面上屬於封閉圖形;在三維空間中,由二維的面圍成了一個球,球在三維空間中屬於封閉圖形。

封閉圖形可不止圓和球,也有可能是正方形和正方體。其實,圓和正方形、球和正方體它們都是拓撲等價的。

這裡需要指出,題主的表述是有誤的。正確的表述應該是:一維空間的閉合可以是圓,二維空間的閉合可以是球面,那麼三維空間的閉合是什麼呢?

一維空間的封閉存在於二維空間中,二維空間的封閉存在於三維空間,那麼三維空間的封閉就應該存在於四維空間中。

二維空間中存在封閉圖形,三維空間中也存在封閉圖形,那四維空間中的封閉圖形是什麼呢?或者說三維空間的閉合是什麼?

降維打擊開始,先來弄清楚

一、二、三維。維度是人類在實踐中對現實世界的抽象。點沒有維度,或者可以算作零維物體。

一維為線,二維為面,三維為體。對於一維物體只能描述其位置,對於二維物體可以描述它的面積,對於三維物體可以描述它的體積。點動成線,線動成面,面動成體。

這個變化的過程就是無限疊加及運動。

上面的內容可能有點太抽象,不好理解。那是因為點、線、面在現實世界中都是不存在的,它們只存在於數學世界中,也就是存在於我們的想象之中。

四維是什麼?先從物理學方面解釋一下,愛因斯坦的相對論認為空間是三維的,把時間看成另一維度,那麼我們所在的時空就是四維的。處於這個四維時空中的三維物體處於連續不斷的運動中。

如上圖所示,從零維到四維的變化。四維空間中的封閉圖形應該就是超體。球在二維空間中的正投影為圓,那麼球應該就是四維空間中的超球體在三維空間中的正投影。

因此,我們得出結論,四維空間中存在的封閉圖形可以是超球體。與之對應,三維空間的閉合應該是超球面。

(如上圖所示,宇宙中的星系分佈在超球面上)

現實世界中的物體在我們看來具有整數維度,它們都是三維的。在分形幾何中,我們可以賦予物體分數維度,那麼現實世界中的物體的維度應該在2~4維之間。

以人類的思維,超過三維就已經很難理解了。我們不妨換一種方式,不要具象的去理解,把維度當作資料去處理就行了,用資料去刻畫高維空間以及物體的形象。

不管是幾維空間,它們都是點的集合,點的位置可以用座標來描述。在數學上,一維空間可以用一個數軸去描述,二維空間需要用到兩個數軸,三維空間需要用到三個數軸,那麼四維空間就應該用到四個數軸。也就是說,確定四維空間中點的位置,需要用到四個座標值。

在三維空間中最常用的就是笛卡爾直角座標系,它具有三個座標軸。

我們雖然感覺不到高維空間中物體的形狀,但是我們可以將高維空間中的物體投影到三維空間中,我們可以用n個座標軸將n維物體表現在三維空間中。

同樣都是維度,但並不一定等權。超弦理論就認為我們的世界應該是11維的,不過那些額外維度都蜷縮在區域性空間中。平直宇宙空間是三維的,那麼一個有限無界的彎曲的宇宙空間應該是四維的。

我們通常是將幾何圖形嵌入到三維空間中來描述。上圖中的曲面在三維空間中來看它是彎曲的,不過在曲面空間上的觀察者來看它應該是平坦的。這種觀察者只能在自身所處空間中觀察和測量到的幾何性質就是該空間的內稟性質。

而空間曲線的曲率和撓率就不屬於內稟幾何量,因為它們依賴於外嵌的三維空間。

好了,就說到這兒。

熱愛科學的朋友,歡迎關注我。

4樓:奇點使者

高維空間真的存在嗎?科學家疑似找到證據,發現「第二宇宙」

5樓:顧輕舟老師

我並不認為宇宙中存在高維空間,所以就無法透徹的去理解。

6樓:小肥仔學長

目前還是沒有完整的解釋這件事情是如何發生的。

7樓:你又是哪塊瓜皮

這個單看個人,我是覺得沒有高維空間的存在,科學家也沒有得到證實。

8樓:

有高維空間,高維空間就是更多更密集點的集合,其實我們經常見到的就是三維空間,在一些影像學上會涉及到四維。

9樓:樂正心思

任何空間都是球面高緯度空間,無限維!

微觀世界真的存在高維空間嗎

10樓:北極雪

超空間理論宣稱,有超越人們普遍接受的四維時空的維度存在,宇宙可能確實存在於高維空間中。對此的認識,在世界範圍內——包括好幾們諾貝爾獎得主——中正在擴大。用科學術語來講,超空間理論是以卡魯查-克萊茵理論和超引力的名稱出現的,它的最高階的表述形式被叫做超弦理論,這一理論甚至預言了精確的維度:

10維。通常的4維即空間的3維(長、寬和高)和時間的1維,現在被6個更加寬廣的維度所擴充套件(當然,有些物理學家似乎認為26維更為合理,因為弦只能在10維和26維中自洽的振動)。超弦理論所涉及到的高維空間概念極大的衝擊了我們現有的宇宙觀,但不可否認的是,這一點已逐漸成為物理學界的主流認識:

宇宙可能確實存在於高維空間中。

對我們世界的認識,最牢固的常識性觀念可能就是:世界是三維的。不言而喻,長、寬和高已經足以描述我們可見宇宙的所有物體。

嬰兒和動物實驗已經證明,我們固有的觀念——世界是三維的——可謂與生俱來。如果我們把時間作為另一維包含進來,那麼四維足以記錄宇宙中的所有事件。不管我們的儀器探測到**,從原子內部直到最遙遠的星系團,我們所發現的都是這四維的蹤跡。

在這樣根深蒂固觀念的影響下,理解宇宙可能確實存在於高維空間中,這一點變得異常困難。

通過觀察二維世界中的現象,我們或許能對這一問題有更加直觀的認識。

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