我们都听过天圆地方的时空观,直到1687年,物理学家发表了《自然科学的哲学原理》,他的时空观是平直的绝对空间,在他的眼里,空间并不是坎坎坷坷充满褶皱的,而是平平坦坦的。他的观点一直持续了将近两百年,直到发表了《论几何学之基础假设》之后,才将牛顿的观点打破,他发现以次时空为界限,次时空以后,都不再平坦。
广义相对论有两个作为基石的假设,广义协变原理和等效原理。
等效原理指的是从局部来看,想要分辨惯性力场与引力场是不可能的,即飞船在以一个G的重力加速度下落的过程中,惯性力等于重力加速度。遗憾的是我们只知道这是个事实,但却不知道到底是为何,是什么原因导致的。
广义协变原理指的是无论在什么坐标系里,方程的形式是不会发生改变的,这个特性是方程的协变性。想要证明这个原理,就要用到黎曼几何。
其实平直时空,在宇宙中是不存在的,它是每个角落都被质量控制导致弯曲的。因为广义相对论的存在,证明了平直的时空观是不对的,也让弯曲时空被科学家们发现。
如果人类从低维时空到高维时空中会是怎样呢?
黎曼想到了一种二维的生物,比如各种昆虫。它们在一张平坦的纸上攀爬,可以向前后左右四个方向任意爬动,但是是不可能在上下两个方位爬动的。但是如果这时的纸张是充满皱褶的,而不是平坦的,昆虫们爬过的每一个点的曲率,则可以用一个三维空间的六个数目来描述。如果换成是的话,则需要20个数目来描述。
你可能觉得会有一点难理解,我们用通俗的方式来说,其实就是假如是一维点,就只要一个长度坐标。如果是二维的点的话,则需要长和宽。三维的点,就需要长宽高。以此类推,如果是几维的点,就需要几个坐标来对它进行描述。
纸张是二维平面,因此,在纸张上就能很好地展示出二维一维和零维。但是却不能展示三维及以上的,这是因为空间只能展示本身以及比它更低维度的物体,而不能展示比它维度更高的物体。
如果我们在纸张上画了一个三维的物体,它虽然看起来是立体的,但也只是看起来。如果我们伸手触摸,会感受到它其实还是一个平面。纸张上只能表示平面,但是我们可以制造出三维物体来触摸,但是如果想要制造出四维物体是绝对不可能的,因为我们所处的环境是三维的。
四维空间到底是什么样的呢?
神存在的世界,埃德温·阿伯特·阿伯特在他的著作《扁平世界》中描述过。到底有多神奇呢?在一个低维度的世界中,相对于他更高一个维度的人,就像拥有神的力量一样。为什么称之为神?就是因为高维度的人,就像可以隐形一样,做到隐身,能看到在障碍物后的各种环境,还可以,突然瞬间的出现在低维度平面上的某个地方。
用他可以随机出现在三维世界的任何位置,而且可以从思维这样的其他维度的中偷走我们的私密财富,我们三维世界中的人却毫无察觉!
我们甚至可以想象有这个可能,高维度的人可以从低纬度的人所处的世界中偷走黄金珠宝,但是低维度的人却丝毫没有发觉。而且在我们看来很遥远的距离,如果在高维度的空间里看来,其实很近,只需要跨过额外围直接到达,是不是很神奇呢?如果我们去到了四维空间,会是什么样的呢?
就经验所知,二维空间可以看成是被拍扁了的三维空间。那么以此类推,低维度的空间是不是就是被拍扁了的高维度的空间呢?一个世界,如果想要存在生命,那么最低纬度的要求,就是三维。在《三体》中所谈到的二维化,现在看来就是一个十分恐怖的结局。
我们三维人真的能进入四维空间吗?
在三维空间中,我们身体中的每一个部分都只需要三个坐标就可以来确定。如果进入了四维空间中,就会相对少了一个坐标,那我们的身体就变成了开放的形式,身体中的每一个部分就会彻底的在四维空间中被暴露出来,这会不会存在很大的危险呢?
虽然暴露会有危险,但是如果四维空间中不存在那些危险的话,我们能在四维空间中生存吗?
曾经有一篇名为《三维人进入四维会发生什么?》的文章,是物理学家李淼之间的轨道发生变化,原子核最终会变成离子。可想而知,如果我们进入了四维空间,身体中的原子产生这样的变化,人类就会被离子化。
所以如果说人类可以进入四维空间,那么我告诉你这个说法是不存在的。如果推广到引力,引力和距离的平方成反比,那么在四维空间中,天体也是和人体一样,不能稳定,他甚至会可能分崩离析,想想实在是太过于让人害怕了。
结语:至今为止,连科学家都没有找到进入四维空间的通道,甚至根本没有办法去证明四维空间是存在的,所以大可不必担心。当然,我们也希望在未来可以发现那些高维时空的存在,来滤去对我们人类的不好影响。
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