宇宙有多少个维度空间?

WONIUSANHAO


目前我们的理解和认知中宇宙就是四维时空,三维空间加上一维时间,稍微学术一点的掏出一个笛卡尔坐标系x、y、z轴加上个时间,在日常生活中就是上下、前后左右加上个时间。这种模型在我们的思维中很好去理解。

比三维空间更低的二维空间、一维空间甚至是零维空间,这些我们都相对好理解,但是更高维度的空间我们的脑袋就想不通了。例如四维空间那多出去的一维该怎么理解?该往哪里放?


虽然我们想象不出来高维度空间是什么样子,但是数学工具可以啊!上个世纪六十年代一个偶然的机会弦理论出现了,意大利的理论物理学家维尼齐亚诺在研究强核力作用各种性质,偶然间用200多年前的欧拉公式完美的描述了强力性质,但是大家都搞不清内在的原因,直到1970年芝加哥大学的南部阳一郎、玻尔研究所的尼尔森和斯坦福大学的苏斯金揭示了藏在欧拉公式背后的秘密。如果一维振动的弦来模拟基本粒子,那么它们的强力就能用欧拉函数来描述,弦理论起初认为宇宙是26维度的。

但是随着发展高能实验已经能探索更深层的亚原子世界,实验表明弦模型预言的一些数与实际观测结果相矛盾。这个理论逐渐被遗忘,直到80年代的时候,第一次弦理论的革命开始超弦理论出现,这次理论认为宇宙是10维空间的。

在上个世纪九十年代超弦理论中发展出了新的理论M理论,这是弦理论的“尖端产品、精华”。而M理论认为宇宙是11维时空的,这样也就意味着除去宏观上的四维时空,多出来的7维空间全部蜷缩在一起,可能是在普朗克尺度上,目前的观测技术根本观测不到。例如远处看电线就像是一维的线条,但是近处观看这个线条依然是三维的。


先声明一下弦理论主要都是严谨的数学过程,用现在试验证明不了。M理论被认为是可以统一相对论和量子力学的大统一理论的有力竞争者,用M理论可以统一相对论量子力学、可以统一解释四大基本作用力,也可涵盖所有的基本粒子。



科学黑洞


20世纪的爱因斯坦提出相对论论证了宇宙除了有三维空间,还有一维时间,共四维。随着科学家对宇宙研究的深入,越来越多的人怀疑宇宙是多维的,不止人类感知到的三维、四维…甚至有11维。


很多科学家认为,一个点是0维,这一点运动后形成了一条线是一维;这条线运动后形成了各种图形是二维;这些图形运动后形成各种物体是三维;这些物体各种运动就是时间的四维;这些时间运动后形成了我们也不知道的什么东西是五维;这些不知道什么东西运动后形成了…直到11维。

附加维

不过更多的科学家认为那些不可见的事物是基于可见的三维或四维,比如发射塔的信号、卫星、无线电磁波…那些不可见的信号其实是信号源发出的场,场不同,波段信息不同。这就是基于三维实物而来的附加维,不可见的附加维跟可见的物体也有相关的联系。



科学家将可见的称为阳性粒子物质世界,而附加维就是不可见的阴性非物质世界。如果电波是五维,那么其它的波场或电场或磁场或其它场(科学家们也在寻找一种统一场)。那些不同的场就是不同的维度,有人认为人的灵魂就是宇宙一种维度的表现。


弄潮科学


三维空间是地球村所见所闻的,四维空间至十一维空间是菩萨神仙的世界,十二维以上至二十维空间乃佛祖教祖所居!


用户5619321148991


按照目前的科学诠释,宇宙有四个维度,三维空间加上时间维度,而且时间和空间是不可分割的整体,也就是所谓的时空,我们不能抛开时间去讨论空间,那意义,它们是一个整体!

就像我们与朋友约好在企某个地方见面,这个地方就是空间(三维空间),但同时我们绝对不能只说在哪个地方见面,必须说明在什么时候见面,这就是时间,时间和空间是整体的!

不过对于高维度时空(空间)的想象从来没有停止过,有些人认为我们所处的空间不只有三维,甚至时间也不只有一维,还有更高的维度!

但无一例外,所有关于高维度的描述都只存在想象中,准确地说我们连想象都想象不到,没有谁能把高维度的定义准确清晰地表达出来,高维度只是数学上的一个想象概念!

比如说,烧脑的弦理论认为宇宙多达10个维度(也有认为是11个维度),更多的维度卷曲在更小的范围内,比如说量子世界范围,我们无法感知到。不过弦理论只是数学上的复杂计算概念,现实中很难给出证明,而数学概念并不等同于现实和物理概念!

所以,宇宙中到底有多少维度?只有四个维度,而至于更高的维度,目前只是存在科幻里,没有任何证据能证明高维度的存在!


宇宙探索


没有维度空间,这都是人类自己想象出来的。

宇宙就在这里,只是个客观存在,人类认为宇宙有几个维度,那是人类自己的事情,与宇宙有什么关系。

宇宙不存在维度,倒是存在参照系。

宇宙作为参照系,太阳系就不存在,银河系也就差不多是个点。

千万别用上帝视角,这个视角最垃圾,看似一统,其实无法逾越不同参照系下的不同规则。

宇宙作为参照系,就是低速运动的世界,你想想,至少都是星系在运动,质量都庞大无比,怎么可能产生高速。

参照系越微观,物质的速度越快,而微观世界却很难产生低速,因为质量太小了。

如果速度存在很大差距,对于很多判别也会存在不小的差距,这就受到参照系的约束,而形成各个参照系之间规则上的不同。

宇宙分得是这种层次,而不是维度层次。


亦路514


宇宙到底有多大?

宇宙到底有多小?

宇宙到底有多少个维度?

人类贫瘠的想象力似乎很难理解,那就让我们用宇宙中跑得最快的东西——光来衡量吧。

光在真空中的速度为每秒30万公里。这个速度如此之快,以至于近代的学者误以为光速是无限大的——打开灯的一瞬间,整个房间不就被照亮了吗?

实际上,光照亮方圆几米的一小块地方,大约需要一亿分之一秒。在你读这篇文章的几分钟内,光子就飞了1000万公里,相当于绕地球250圈!

人的视细胞感受到的每一个光子,都是8分钟之前从太阳表面出发的,跨越了1亿5000万公里的漫长距离,才进入你的视网膜。冥王星和太阳相隔75亿公里,暗淡的阳光到达这颗荒芜的矮行星需要7小时!

离开太阳系之后,我们更能体会到宇宙的速度极限——光速在几乎无穷尽的空间面前,是多么微不足道:

光到达距离太阳最近的恒星——半人马座的比邻星需要4年;

横穿整个银河系盘面,需要10万年;

到达肉眼就能看见的仙女座大星云需要250万年;

科学家能观测到的最远星系位于130亿光年之外

宇宙大约有138亿年的历史。诞生才8亿年的婴儿宇宙中,一颗恒星在核聚变的大火中诞生,一个光子挣脱引力的束缚,开始了一段漫长到绝望的旅程。

它出发的时候,周围还没什么星光,宇宙还处于“黑暗时代”,大片的气体云正在积聚能量,准备孕育新的原恒星。

当这个光子走完2/3的旅程时,在银河系的猎户支臂上,一颗普普通通的恒星诞生了,在它周围从内到外排布着8颗行星。

光子对这一切浑然不知,又继续飞行了几亿年。在这些行星之中,第3颗岩石行星的原始海洋在闪电和暴雨中形成了生命的最基本单位。

光子忽然觉得,这段漫长乏味的旅程有了新的意义,自己和那颗陌生的行星之间似乎被一条神秘的细线紧紧相连。

光子的脚步当然不会稍作停留。无数生命在岩石行星上兴起,繁衍,衰亡,化为积压在地层深处的化石。蜥脚类恐龙的庞大身躯被流沙覆盖,一只古猿小心翼翼地直立起来,眺望远方的地平线。

光子剩余的行程屈指可数了。这种直立行走的生物每天除了打打闹闹就是胡思乱想,它们把脚下的大地取名“地球”,还把散播光和热的母星称为“太阳”。

光子冷笑了一声。在地球上,一个叫伽利略的人把两个镜片安在纸筒里,造出一个被称为“望远镜”的东西,还把它对准了夜空中的星星!

光子心里一紧,硬着头皮继续前进。地球上这群古怪的生物吃饱了还会鼓捣些稀奇的玩意儿,比如把一根“铁棍”弄出老大的火光和浓烟,发射到高空,还把一些闪亮的“玻璃球”送到地球的轨道上绕来绕去。

光子离地球越来越近了,远远看去不起眼的小点急速扩大,最终变成一颗硕大的蔚蓝星球。光子急急忙忙地想从它的身边溜过去,没想到正好撞到一架漂浮在太空的望远镜的镜片上!如果此时光子能够听到地面科学家的兴奋交谈,它就会知道,终结这段130亿年漫长旅程的,叫“哈勃太空望远镜”。

即使这个光子没有被哈勃望远镜捕获,它也永远无法走到宇宙的尽头。因为从它出发的那一刻起,宇宙就一直在膨胀。

从人类的角度看,一切映入眼帘的星光最多只有138亿年的历史——这被称为可观测宇宙,但因为宇宙空间本身的膨胀超过光速,可观测宇宙的半径实际上为460亿光年。至于460亿光年外是怎样一番景象,我们永远也无法看到了!!!

我们看不到的宇宙有多大?

只有靠想象!

我们人类生活在地球,地球又生活在宇宙这个大家庭里,古时候有智者常常抬头看天上的星星,天外的世界有多大?随着历史的前进,到了近代,随着天文望远镜的出现,人们终于可以观察宇宙了,人们迫世想要知道:宇宙到底有多大?

但当人们用天文望远镜看宇宙星空时,才发现自己是多么渺少,也深深为自己的这个问题感到迷惑,宇宙到底有多大?真的无边无际吗?初期的天文望远镜观察距离是有限的,但随着天文望远镜的越来越先进,后来哈勃望远镜发射到太空中,人们对宇宙再次进行深空观察,这次看得更远,更表,这个时候人类更加傻眼了,宇宙好大啊,如此远的距离还没有看到宇宙的尽头。宇宙到底有多大呢?

在一次研讨会上,有人问科学家,我们的这个宇宙到底有多大?科学家沉默了一会就对他说,宇宙的大小,我们不能用大来衡量它,顺着这个思路想下去,当你觉得害怕,觉得自己渺小的时候,你就知道宇宙有多大了。

地球对于人类来说,好大啊,要是步行旅行,一生也走不完地球。我们站在海岸边,看着无边无际的大海,感慨地球太大了。这时人类感觉自己面对整个地球是多么的渺小。

要是把地球放在太阳系中,地球也就不算大了,太阳系的八大行星里,都比地球大,而且太阳系还是很多的卫星,数以亿计的其它小型天体,太阳系边缘还有一个奥尔特云的地带,这里面的小行星更是不计其数。

如果你觉得太阳系够大了,但是太阳系在银河系里,只是一粒尘埃或一粒沙子,沙子有多小,太阳系就有多小,银河系的直径16万光年,而太阳系只有1光年,差距何其之大。银河系中像太阳这里的恒星有2000多忆颗,而且太阳还是其中比较小的那一类。

银河系你是不觉得很大了,但在银河系外边还有一个叫室女座的超星系团,它里面比银河系大的星系就有100多个,光在里面走一个直线都要2亿年,里面的恒星数量达100亿万颗。

当你认为这个室女座的超星系团很大的时候,它其实只是拉尼亚凯亚超超星系团的一根小手指罢了,这个叫做拉尼亚凯亚超超星系团的覆盖范围竟然达到了5.2亿光年之遥。这个超超星系团里边的恒星已经是无法计数了,即或这样,它还不是宇宙的边缘,而仅仅是宇宙里边的一根头发丝而已!

当你看完以上的思路,你会不会被吓傻了?宇宙之大远超我们的想象,这还只是我们目前天文望远镜可观测到的范围,而能观测到的范围其实只是宇宙的冰山一角。这个时候我们才深深感到,地球的渺小,人类在这个宇宙中最多算一个细胞。

如此浩瀚的宇宙,你说会不会有外星人呢?如果说没有,估计谁也不会信,外星人在宇宙中应该是普遍的存在,即使按亿万分之一来算,那有外星人的星球也多得数不过来,这里面文明等级有高有低,有的可能处在原始社会,有的可能已经发展了几十亿元,这样的超级文明科技发展到何种程度,真是我们不敢想的。人类的文明诞生才不过不到1万年,与宇宙中的那些高级文明差距实在是太大了,怪不得霍金经常警告人类,不要试图和外星人接触,否则带来的可能就是灾难。

宇宙究竟有多大?宇宙最后的归宿是什么?其实和人类也是一样!

随着科技的进步,地球上的地方基本都被探索遍了,人类也是将目光放到了太空中。亚里士多德曾经说过:你知道的越多,不知道的也越多。确实,随着人们对太空的慢慢了解,也发现不知道的东西也越来越多了,例如宇宙到底有多大?宇宙的结局是什么?

可能有的人会说了,知道那么多干什么?活好当下就行了,这里小编就要提出了反对意见了。最开始的人类是进化而来的,直到现在,人类也还是在进化当中,求知欲就是最好的证据,知道的越多,智力进化的也就多,后代也就会越来越聪明!

那么宇宙到底有多大呢?科学家们根据已有的数据测算出宇宙的直径可达到920亿光年,而这个直径的数字每分每秒都在增加而且速度正在增加,当你们看到这篇文章的时候,宇宙又变大了一点哦!这是由科学家布莱恩·施密特提出的,并因此获得了2011年的诺贝尔物理学奖!

但是这个速度增加并不是无上限的,当宇宙膨胀到一定的程度,就是当宇宙能量密度小于临界密度时,宇宙的增长速度就会变慢,各种星系气体就会慢慢被恒星消耗殆尽,而恒星也因此而演变成白矮星或者中子星,直到互相碰撞形成黑洞,最后整个宇宙重新发生大爆炸,一切有回归到初始状态,继续膨胀、爆炸的路线!

循环,就是约束世间万物的唯一准则,人是这样,宇宙也不例外!

从小到大!

从大到小!

从生到死!

从死到生!

循环反复!

生生死死!

永远存在!

想象一下我们的宇宙:

0、真空宇宙——零维时空

1、微观宇宙——宇宙奇点时空

2、射线宇宙——一维时空

3、平面宇宙——二维时空

4、立体宇宙——三维时空

5、曲面宇宙——四维时空

6、黑洞宇宙——五维时空

7、白洞宇宙——六维时空

8、七维时空

9、八维时空

10、九维时空

11、十维时空

12、十一维时空

13、十二维时空

14、十六维时空

15、二十五维时空

16、三十六维时空

17、四十九维时空

18、六十四维时空

19、八十一维时空

20、平行宇宙时空

21、反物质宇宙时空

22、大宇宙时空

23、超大宇宙时空

24、……………………

我们所看到的世界,是由长、宽、高组成的三维空间,加入时间之后,就变成了四维,爱因斯坦告诉我们说,一维的时间和三维的空间组成不可分割的时空整体,而宇宙的时空是弯曲的。四维空间我们都可以理解,但是时空弯曲使我们的想象力受到挑战,这并不是能直接观察出来的。但是物理学家就是喜欢挑战,他们不断的引入新的维度,五维、六维、七维、八维、十维……等等,难道后面还有?小编我已经很难想象了,让我们从零维开始,发挥我们想象力来挑战思维吧。

1. 零维

零维可以理解为一个没有长宽高的点。有人肯定会质疑,再小的点,在显微镜下都是有长度的,零维空间是否根本就不存在?的确,零维根本就不存在的,但接近零维的空间就在我们身边。现在物理学家给我们展现微观世界的许多古怪现象,其中包括一种叫“零维半导体”的结构,也就是通常物理学上的“量子点”。量子点虽然十分的小,但毕竟还是有体积的,可以让一个电子刚好进入量子点中。量子点像是陷阱,当电子进入之后,它们就不能移动分毫的距离,完全被限制住了。而且即使我们从外界向一个量子点注入能量,不论能量大小都不能改变电子的状态,而且进入多少能量就会吐出多少。这种古怪的特性物理学家视为零维结构,量子点可以通过电子和光子的转换储存传递信号,用在未来的量子计算机或者更高领域。

2. 一维

一维是一条直线,牛顿的定律在一维空间中可以起作用,一维空间的物体可以前后运动。在量子学家看来,一维空间是真实存在的。比如,他们会制造一个十分狭窄的隧道只能让电子前后运行。通常两个电子相遇,电荷因同性相斥的原理会给对方让路。可是如果在一维空间隧道中,只能前后运动,那么两个电子就会相互发生作用而产生一种奇怪的现象。一个电子具有电荷,而另一个电子是自旋状态。一维空间的古怪现象量子学家已经司空见惯了,科学家目前正在研究一维碳纳米管,准备以它作为导体或半导体材料,用来制未来的量子计算机。

3. 1.5维

不要以为空间维度就一定是整数, 比如1.5维就挑战了我们惯性思维。数学家早就知道,只要观测的够仔细,云就不是团状的,山峰也不是锥状的,海岸线也不是弧形的。它们细微的轮廓比纯粹的直线占有了更多的空间,这样的轮廓介于一维和二维之间,我们算作1.5维。

4. 二维

二维在数学上是两条线交叉的平面,但是在物理学中也能实现应用。2004年,科学家首次在实验室产出“二维物质”,只有碳原子后的平板,类似于人们熟悉的石墨。当我们把电子用强大的磁场限制在二维层面的半导体材料中,并冷却到绝对零度的1/3时,人们认为不可分割的电子就会破裂成多个粒子,每一个粒子都会拥有电子的部分电荷。这些粒子被称为“任意子”。总之,在二维的平面空间,从新型药物到平行宇宙等等事物都会成为可能,等待人类未来的突破和发现。

5. 三维

我们所生活的世界是在三维空间中,根据弦理论,空间可以从零维到十维的任意模样,这让物理学家很困惑,既然各种可能的维度都存在,为什么我们生活在三维的宇宙中,这该如何解释呢?2005年,美国物理学家在计算计算发起“维度战争”,他们用计算机模拟了不同的维度空间,然后相互碰撞彼此产生作用,最后经过争斗,三维宇宙和七维宇宙最后幸存了下来,不过这并不能作为我们生活在三维空间的证明。

6. 四维

相对论中提到时间和空间融合成为一个整体——时空。但是这是两个不同的维度,我们可以在三维空间任意方向旅行,但是在时间维度中只有一个方向。为什么会这样呢?

相信大家都知道光也是有速度的,我们所看到的太阳是8分钟前的太阳。根据相对论,光速在真空中只能无限接近,无法超越。所以物理学家认为,正是由于光速的限制,让时间这个维度变的和三维空间不同。如果可以超越光速,很可能时间就会停止或者倒流。

7. 五维

我们了解了拥有时间的四维,在这个基础上,1919年,德国的科学家卡鲁扎寄给爱因斯坦一篇论文。他认为四维时空增加一个第五维,引力和电磁力就有可能统一成一种力。后来到了1999年,美国科学家发现,如果真的有第五维,就可以解释一个令人烦恼的谜团,既为什么引力比自然界的其他力要弱。根据五维时空模型,四维时空处于一个空间无限大负曲率的五维空间上,其中一部分引力泄露在四维时空膜上,处于四维时空的我们就发现了引力。同时,加拿大科学家提出一个石破天惊的观点,认为五维时空曾经存在,后来破裂成两部分,一部分是我们的四维时空,另一部分是我们世界所有东西的质量!这个理论解决了为什么万物都有质量的难题,而且还解释了宇宙开端前的奇点。根据大爆炸理论,无限大的温度和密度,所有物理理论都失效了。

打个比方,生活在二维空间的生物永远想不到一个金属点为什么会有极大的质量。但是对于三维空间的生物,那只是扎在一张纸上的针而已。所以,我们不能理解奇点的无限密度和大爆炸的超光速膨胀,但是对五维时空的生物来说,这并没有什么奇怪的。

8. 十一维

1995年,美国科学家提出一种叫做M论的理论统一了各种弦理论。在M论中,宇宙是十一维的,只是其中的7个维度空间蜷缩到了我们观察不到的地步。甚至还有一种弦理论认为,宇宙有多大26个维度!

我们没有提到七维、八维、久维或者3.5维之类的宇宙,是因为物理学家无法设计出那样维度的时空,它们违背了物理学的原理。如今物理学分为两类,一派认为宇宙是固定的维度,就是我们所生活的真实空间结构。另一派认为,存在很多不同维度的时空宇宙,我们只是恰好生活在四维时空中。

你们想象一下你们的宇宙有多大?

小编相信后者,因为我们受限于这个时空,所以我们感觉在宇宙中似乎没有邻居。但是未来我们很有可能打开另一个维度的时空,那时或许会发现一个更大维度的宇宙!


自然物语科幻接力


将三维空间和时间人为的合并成一个四维时空,就像把“北京”和“昨天”合并在一起一样,除了增加了一个人为定义的概念外,再无其它用处和意义。广义相对论认为,在引力场中,这个包括时间在内的四维时空是弯曲的,但一个人为定义的,不是客观存在的东西,它的弯曲能实测验证吗?

数学上,空间的一个主要特征,就是空间中两点之间距离的计算公式的形式,如果这个距离公式符合勾股定理,则空间就是平直空间,空间中成立的几何就是欧氏几何,否则,空间就是弯曲的,空间中成立的几何就是非欧几何。所以,我们所在的空间究竟是平直的还是弯曲的,只有经过实测才能确实。通过对一个实际存在的直角三角形进行测量,才能知道它究竟符不符合勾股定理。

显然,在对这个直角三角形所进行的测量中,沿x轴、y轴的测量,以及沿斜边的测量,都是长度测量,测量的方法、测量用的标准直尺,都是相同的。如果我们在这个三维空间上,再增加一个维度,变成四维,但第四维的含义是房价,或者是温度,某个给定的三维空间区域上的第四维的高度,代表某一地段、某一楼层的房价,或者代表这个三维空间区域中的温度,则这个四维坐标系,数学上可以存在,可以画出来,但我们却不能称它为“四维空间”。即使我们能人为的定义出一个这种“四维空间”中两点之间的距离公式,但这个“四维空间中的两点之间的距离”却无法实际测量,因为第四维的测量方法与前三维完全不同,物理含义完全不同。由于斜边的长度无法测量,我们也就不能进一步说,如果这个“四维空间中的距离”符合勾股定理,这个“四维空间”就是平直的,空间中成立的几何是欧氏几何,否则,这个“四维空间”就是弯曲的,空间中成立的几何是非欧几何。

同样,把时间与三维空间合并成一个所谓的“四维时空”,这个“四维时空”中的两点之间的距离也无法实际测量,我们也无法说,这个“四维时空”是平直的还是弯曲的。无法测量四维时空中两点之间的距离,无法判定四维时空究竟有没有弯曲的原因,就是增加的第四维是时间,与前三维的空间,物理含义完全不同,测量方法完全不同。

按照广义相对论,平直的四维时空两点之间的距离被定义为:ds^2=dx^2+dy^2+dz^2-c^2dt^2,如果该式成立,则四维时空就是平直的,否则,四维时空就是弯曲的。请问,ds怎么测量?测量了什么才算是测量出了ds?有人说,测量物体运动过程中的固有时,就是测量四维时空中的两点之间的距离。在随物体一同运动的参照系中,上述的表达式简化为ds^2=-c^2dt^2,如果此式成立,则时空就是平直的,否则,时空就是弯曲的。测量出了固有时dt,不知道ds,能判定出时空是平直还是弯曲的吗?而且,dt能等价于是ds吗?


董加耕


人类搞了个地球仪,上面标上了径度和纬度,并照搬到了宇宙中,但宇宙并不认同这一标法。


平常人246089341


宇宙和人的大脑一样是九维,每个维度都有生命存在,只是每种形态不相同,而我们人类所居是其中三维,一维是细菌,二维是植物,三维动物,四维是灵魂界,五维是神六维是天人,七维是道,八维造物主和九维是本源既中宇宙的中心


先开元


宇宙空间只有三个维度,这是常识。第四维度的加入,源于意识尺度的存在,并且对应物质在这个尺度内的能量和运动速度。

宇宙存在无数尺度空间,人的意识就是一个尺度,对应人的肉体,比人类更小的尺度是动物的尺度以及细菌的尺度。在人类尺度之上是地球的尺度,再大的则是太阳的尺度。

大尺度空间包容小尺度空间,它们不会发生排斥现象,而不同尺度空间则会发生排斥。

尺度空间之间的关系和宇宙结构有关,地球能够看到的星系,都是在一个大尺度范围内,而不在此范围内的星系,则不会被观察到。


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