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【轉載】平面國人的神奇力量——瞥見高維空間
1樓 魔法绿骑士 2011-6-7 16:09

前陣子讀完了加來道雄(Michio Kaku)的《超越時空》(Hyperspace),對於高維空間、量子理論和超弦理論以及平行宇宙等有了粗淺的認識。在這裡就很簡單地介紹一下高維空間:
我們生活在一個3維的空間之中。我們用長、寬、高三個量可以描述一切我們已知的世界萬物。先不說四維時空(把時間當做第四維),如果探討比我們三維更高一級的維度——四維,那會是什麼樣的世界?我們很難想像。如一個科學家所說的,描述四維空間就像向盲人描述什麼是紅色一樣的困難和不可能。可以用類比的方法去瞥見四維空間。我們知道,點移動可成線,線移動可成面,面移動可成體。這樣,一個幾何奇點變成一維,再到二維、三維。假設有一平面國。在這個平面國中,一切都是二維的。如下圖所示的那樣:

2樓 魔法绿骑士 2011-6-7 16:09
這時處在三維世界的我們用鉛筆在一個平面國人周圍畫一個圈,他會很困惑無論走到哪都不能擺脫這個圈。實際上對於他們來說二維就是一切,一切他們所能看到和理解的,他們不知如何「向上」。此時,我們用手將平面國人「拉起」,他就瞬間擺脫了那個圈,同時在平面國的其他人又驚奇的發現這個圈中的人突然消失了。我們幫助那個平面國人增加了一個維度,立刻就像變魔術一樣,它擁有了「不可思議的力量」。更不可思議的是,因為平面國人只有二維空間,所以他們不能翻身,當我們把平面國人拉到三維空間中將他翻個身再放回平面國中,那麼他會在一次體檢中意外得知自己的心臟從左邊變到了右邊,實際一切都翻轉了,但是一切又都很正常。試想一下,如果從四維空間伸出一隻「手」將我們「拖」入那裡,這會發生什麼?必然的是,我們也會在我們的世界中突然消失,如果我們在四維空間中「翻身」回來後,心臟也跑到了另一邊。如果有人能夠掌握這個空間的轉換那是十分令人不安的。如穿牆術、大變活人等成為可能。但是如何進入第四維呢,現在還沒有辦法,這點讓人很放心。
3樓 魔法绿骑士 2011-6-7 16:09
再看一個例子,如下圖:
4樓 魔法绿骑士 2011-6-7 16:10
我們將一個立方體盒子展開,可以被看成是六個正方形的十字排列。在平面國的人看到了六個正方形,對他們來說,這很平常。但這時,一個三維空間的人將這六個正方形折起,變成了一個立方體,此時,平面國人又驚呆了,剛剛明明看到六個正方形,怎麼突然就變成只剩一個了呢?實際他們看到的是立方體的底面或者說是立方體的截面。試想一下,如果在四維空間中,有一個超立方體,將它展開,在三維空間的我們看到了一個由八個立方體組成的立體十字,如下所示:
5樓 魔法绿骑士 2011-6-7 16:10

這時,一個四維空間的人將這個展開的體以一種我們無法想像的方式折成了一個超立方體。我們會忽然發覺,剛剛的八個立方體組合現在只剩一個了。實際上我們看到的是四維空間的「底面」或者截面。我們以這樣一種方法來瞥見第四維,但事實是我們根本看不到四維空間。
高維空間的作用:
在這個世界中存在着更多的高維空間。科學家們認為,在宇宙大爆炸時,維度分開,一個四維的宇宙和六維宇宙同時分離出來,我們現在居住的四維時空在不斷地擴大,這也是符合宇宙膨脹論的,而另一個我們的孿生宇宙則不斷地坍縮,以至於小到普朗克長度,我們根本無法觀測到。
愛因斯坦一直追求物理學的統一理論,就是能將所有已知自然力用一個表達式寫出。愛因斯坦取得的一系列成就要歸功於將維度的提高——增加時間維。但是到了晚年,似乎忘記了高維空間的作用,統一理論也離他遠去。但近幾十年來,量子物理和超弦理論重新將高維空間納入,發揮其作用,這的確可以將電磁力、強核力、弱核力以及引力歸納到一個統一的場中來考慮,但目前還缺少一個絕頂聰明的人來給出正確的有限解,也就是說我們的數學還沒有發展到支撐此理論的時候。
高維空間的作用當然不只是得出高級的物理理論,它也能讓我們的時空旅行變得可能。下次會寫些關於時空扭曲和「蛀洞」的文章,在那裡可以看到我們將會是怎樣進行時空之旅的。
對於我們來說,我們相信眼睛所看到的,那些不能被觀測到的且僅僅是理論階段的物理理論不會被大眾所承認。但事實是它們的存在是很可能的,也是人類通往遙遠未來所必須認識和掌握的。

轉載自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_59c6b1100100kvue.html

6樓 118.123.27.* 2011-6-7 21:41
此圖片僅限於新浪博客用戶交流與溝通。。。。

話說怎麼那麼閉關所站阿。。。
7樓 巨大八爪鱼 2015-3-28 21:26
說實話我很喜歡超正方體的展開圖——立體十字。

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