第四維度:時間為什麼會被當作一個維度?


第四維度:時間為什麼會被當作一個維度?

“維度”並不是一個歷史悠久的詞,第一次出現也不過2百多年,只不過那時的維度多停留在數學層面,類似得表達是“點是0維、直線是1維、平面是2維、體是3維”。

此時的維度多停留在刻板的數學,並在數學家的本子內沉寂了太久太久,這很自然,因為在大家都這麼認為的地方永遠不會有太多異議,維度就此被侷限於三維而沉寂100多年。

直到1915年,一個36歲的中年人摸了摸菸斗,創造性的把時間,這種以秒而不是以釐米為單位的東西,賦予其維度概念。

此人是誰,自然大家一眼就知道,而這個全新的概念突然間有了“時空”的名字。

也正是在廣義相對論提出的同時,維度這個概念,突然間讓全世界的科學家都對他異常著迷。

第四維度:時間為什麼會被當作一個維度?

在時間作為第四維的過程中,自然免不了困惑和懷疑,當年的大部分科學家就和此時的我們一樣對此深有異議。因為在這四個維度中,時間的單位和另外三個維度空間單位不同,即使有偉人站臺,很多人還是非常願意將時間和其他三維進行本質區別對待。

這種看法,如果從純粹的數學和哲學角度來看,時間確實不應該和其他三維放在一個同一個概念(維度)上進行考慮。

但這是我們傳統的看法,也是經典物理的看法。按照數學和哲學來思考,前三維可以被這樣描述:點基於點是0維、點基於直線是1維、點基於平面是2維、點基於體是3維。

再進一步解釋,在點上描述(定位)一個點就是點本身,不需要參數;在直線上描述(定位)一個點,需要1個參數(座標值);在平面上描述(定位)一個點,需要2個參數(座標值);在體上描述(定位)一個點,需要3個參數(座標值)。

第四維度:時間為什麼會被當作一個維度?

以此推導下去的話,我們應該得出這樣一個結論:直線基於平面是4維、直線基於體是6維、平面基於體是9維。進一步解釋,兩點可確定一條直線,所以描述(定位)一條直線在平面上需要2×2個參數(座標值)、在體上需要2×3個參數(座標值);不共線的三點可確定一個平面,所以在體上描述(定位)一個平面需要3×3個參數(座標值)。

但是宇宙是物理的世界,很多東西我們無法單純用從數學和哲學的角度就能徹底進行解釋。

這種物理和數學之間差異的表現,最富調侃韻味的莫過於,一大堆物理學家往往會以自己的理論不被數學家所理解為榮。

第四維度:時間為什麼會被當作一個維度?

在物理世界中,維度往往具有這樣一個特性:假設在線這個維度(第一維度),線上有兩個點,一點要到達另外一個點,正常情況下,他必須得跨越兩點之間的距離。

但是,如果引入第二維度(面)情況就不一樣了,因為第二維度的存在,線不僅有了長度還有了寬度,在一條線的外圍存在無數個和他類似的線,此時如果線上的點要達到上述位置,它可以完全順著線的寬度迂迴到達那個位置,這時如果站在線上的點就會發現一個奇怪的現象,之前的那個點突然間消失了,然後經過一段時間又出現在了另外一個點上,這對於在第一維度的點來看是不可思議的。

同理,類似,第二維度的點可以通過和它平行的面突然間又回到第二維度的另外一點上,第二維度的點也看到了類似第一維度看到的現象。

如此看來,維度具有遞增性,在高維度的點可以隨意到達低維度的任何位置。

為什麼說時間是第四維度呢?因為時間具有前三維度的任何特性,通過時間這個第四維度,我們可以隨意到達前個三維度上的任何位置。

舉例來說,你可以試想,你如果要從家到學校,一般情況(在三維空間內)你必須得跨過家和學校的空間距離到達那,但是如果能通過第四維度這個通道,你就會看到了一個很有意思的現象,你此刻還在家裡,下一刻就可以在學校了,你根本不必去跨越原先的這個空間距離。

而且,以此推斷,如果我們能夠利用時間這個第四維度的話,我們幾乎可以瞬間達到我們現在的這個時空宇宙的任何位置,當然,有個地方你可能去不了,奇點!

為什麼去不了,因為按照超弦理論的推導,因為奇點處(黑洞處)是第五維度。

第四維度:時間為什麼會被當作一個維度?

相信很多朋友看到這,突然間發現自己有種從未體驗過的豁然開朗。

但是,腦海中始終會自己弱弱的問幾句:這真是我們的現實世界嗎?

這真是我們的真實宇宙嗎?我們這個世界真的存在“一會在這,一會在那”的現象嗎?

這是一個非常不錯的問題!我實在無法做出肯定答案。科學家們也非常希望能有證據表明存在這樣一種現象。但是,科學家是嚴謹的,暫時沒有證據表明這樣一種現象的存在。

但是,大部分科學家都覺得,即使愛因斯坦在世的話,他老人家也會這麼傾向認為,宇宙中確實是有這種現象存在的,因為在數學推導和哲學上看,這種現象都是極具說服力的,目前沒觀察到不代表以後觀察不到,所以這又是一個等待的過程。

第四維度:時間為什麼會被當作一個維度?

但是,我個人覺得(當然,我算個屁啊)宇宙中的某些現象還是非常有意思。

比如,電子的運行軌跡!

我們知道電子是一種微觀基本粒子,它的運動軌跡在早期物理學被描述成類似地球繞太陽運行的軌道理論;但是隨著現代科技水平的發展,觀察技術的提升,我們才發現之前的理論和真實情況有太大出入。

電子的運動軌跡,哪是什麼軌道運行,電子簡直就是個瘋子,一會兒出現在這,一會出現在那,電子的運動毫無規律可言,我們描述電子的軌跡只能用概率雲來描述。

為什麼電子的運動會出現這樣一種出乎所有人意料之外的情況呢?

按照超弦理論描述,宇宙擁有十或十一維空間,在宇宙大爆炸時,前四維度隨著空間、物質、時間而突破類似電子大小的範圍,而其他7維仍被捲曲在原來的小範圍內;電子作為幾百種微觀基本粒子之一,電子的大小達到了進入高緯度的條件,故極有可能進行著類似穿越時空的行為。

但是為什麼電子的穿越時空的地點為什麼只選擇在原子核而不是空間上的任何一點,這至今仍然是個謎!

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