01.12 世界有几维?——从新的维度探索未知

你以为你知道的事情,其实连世界顶尖科学家都不知道。

世界有几维?——从新的维度探索未知

下文节选自《一想到还有95%的问题留给人类,我就放心了》, 已获出版社公司授权许可, [遇见数学] 特此表示感谢!

从新的维度探索未知

想要深入了解事物的本质,你必须对基本假设保持怀疑,并且重新审视那些看似早已有了答案的问题,比如下面这几个:

  • 肯尼迪是被外星人暗杀的吗?
  • 空间是否具有三个以上的维度?
  • 宇宙的原动力是否来自独角兽?
  • 一个人可以天天只吃棉花糖而不长胖吗?

对于这样的问题,大多数人的回答是“不”或者“你该去看心理医生了”,但有时重新审视这种问题,你会打开全新的思路,而新的认知可能大大影响你的日常生活。

空间是某种黏性的物质而不是空洞的背景—如果你接受了这一点,那么现在请你假装系上安全带,因为探索多维空间的脑内过山车即将发车。

世界有几维?——从新的维度探索未知

在我们熟悉的三维空间之外是否存在维度更多的空间?是否有某些粒子或者生物可以在这些维度里运动?如果真有其他维度存在,那它们是什么样子?我们可以用这些维度来存放鞋子或者肚子上的赘肉吗?这些维度可以缩短我们上班的路程吗?这可以让我们抄近路去拜访遥远的天体吗?这些听起来很荒谬,但大自然的真相往往自带荒谬感。

世界有几维?——从新的维度探索未知

我们不知道答案是什么,不过有些很吸引人的理论认为更高维度的空间是有可能存在的。就让我们假装戴上3D眼镜,一起探索宇宙可能拥有的不为人知的一面(几面)吧!

什么是维度?

我们要先明确地定义维度。小说和电影中的维度(dimension)通常指这样一个平行宇宙:一个和我们的世界相隔绝的独立空间,有一套不同的运行规则,那里的人可以拥有超能力。也许他们晚上出门会碰到闪闪发光的路人,还可以通过“时空门”进入另一个平行世界。这类故事很有趣,平行世界可能真的存在,但科学家说的维度可不是这个意思。

同一个词在流行文化中的含义和在科学领域的含义竟然不一致?这往往是科学家的错。当科学家需要给新想法或新发现命名时,他们会:(1)创造一个新词(比如,用“系外行星”命名太阳系外的行星);(2)使用具有相似含义的词(比如,用“量子自旋”表示粒子的某种物理属性,实际上这些粒子并不是真的在自转,只是这个属性和自转运动具有相似的数学描述);(3)借用已有的词并赋予它完全不同的含义(比如,粲夸克并不迷人,但它在英文中就是叫charm quark,有色粒子并没有颜色,但听起来还是政治不正确)。

世界有几维?——从新的维度探索未知

科学家口中的维度并不是某个可以用棉花糖付账的巧克力平行世界,知道真相的你大概会指着科学家的鼻子,埋怨他们偷换概念。不过我劝你不要这样做,因为在几百年前,数学家和物理学家就开始使用这个词了,所以偷换概念的其实是科幻小说家。

在物理学和数学领域,维度指的是运动的方向。如果你画了一条直线,那么沿着这条线进行的运动就叫作一维运动。

在一维世界里,所有生物都生活在一根无限长的线上。因为不存在其他的运动方向,所以一维科学家永远不能插队或是彼此交换位置。他们就像项链上的珠子和串起来的棉花糖,永远无法摆脱同一位邻居,就算这位邻居很美丽或者很美味。

世界有几维?——从新的维度探索未知

接下来请再画一条直线,与之前的那条直线垂直。这样一来,沿着第二条直线的运动就完全独立于沿着第一条直线的运动了。如果两条线之间的角度小于直角,那么沿着第二条直线的运动也会有一部分是沿着第一条直线的。在这样两条直线决定的平面上的运动就是二维运动。

世界有几维?——从新的维度探索未知

沿一条直线的运动具有一个维度,而两条直线所构成的平面上的运动就具有两个维度。现在,我们已经描述了一维世界(线)和二维世界(平面)。要获得第三个维度,你只需要再画一条与前两条直线分别垂直的直线。第三条直线延伸的方向,就是平面的上方和下方。

这就是维度的含义:每个维度都代表一个独立的运动方向,独立的意思是,你在某一个方向上的运动与其他方向上的运动无关。


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