物理中的“维”

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-15
超出我能力了。。。只能查百科了
根据90年代提出的M理论(超弦理论的一种),宇宙是11维的,由震动的平面构成的。在爱因斯坦那里,宇宙只是4维的(3维空间和1维时间),现代物理学则认为还有7维空间我们看不见。
科学家们对我们已认知的维与可能存在但未被认知的维之间的区别是如何解释的呢?他们打了一个比方:一只蚂蚁在一张纸上行走,它只能向右或向左,向前或向后走。对它来说高与低均无意义,这就是说,第3维的空间是存在的,但没有被蚂蚁所认识。同样,我们的世界是由4维构成的(3个空间维,1个时间维),但我们没有觉察到所有其他的维。
根据物理学家的看法还应该有7个维。尽管有这么多的维,但这些维是看不见的,它们自身卷在了一起,被称为压缩的维。为了弄清这种看法,让我们再以蚂蚁为例展开我们的想像。我们可以设想一下,将蚂蚁在上面行走的那张纸卷起来,直到卷成一个圆筒形。如果蚂蚁沿着的纸壁走,最后它又会回到出发点,这就是压缩维的一个例子。如果能沿着著名的麦比乌斯带走,也会发生上述现象,当然,它是3维的,但如果沿着它走过,总是会回到出发点的。麦比乌斯带从维的角度讲是压缩的,按照物理学它有3个维,但谁在上面行走,都只能认知人一个维。这就有点像左图上的人:上行或者下行,但永远不会走到尽头。如果蚂蚁不是沿着纸筒弯曲的壁行走,它就永远不会返回到原出发点。这就是2维(或者说被我们所感知的那种维)的例子,沿着它一直走,就不可能返回到原来的出发点。
麦比乌斯带
Mbius belt
一种单侧、不可定向的曲面。因A.F.麦比乌斯发现而得名。将一个长方形纸条ABCD的一端AB固定,另一端DC扭转半周后,把 AB和CD粘合在一起 ,得到的曲面就是麦比乌斯带。关于麦比乌斯带的单侧性,可如下直观地了解,如果给麦比乌斯带着色,色笔始终沿曲面移动,且不越过它的边界,最后可把麦比乌斯带两面均涂上颜色 ,即区分不出何是正面,何是反面。对圆柱面则不同,在一侧着色不通过边界不可能对另一侧也着色。单侧性又称不可定向性。以曲面上除边缘外的每一点为圆心各画一个小圆,对每个小圆周指定一个方向,称为相伴麦比乌斯带单侧曲面圆心点的指向,若能使相邻两点相伴的指向相同,则称曲面可定向,否则称为不可定向。麦比乌斯带是不可定向的。
麦比乌斯带单侧曲面
德国数学家麦比乌斯(Möbius.A.F 1790-1868)在1858年发现的
从黑洞到微型黑洞到不可验证的宇宙11维
对于黑洞,早在拉普拉斯(1749-1827,法国著名数学家和天文学家)时代就有理论。拉普拉斯根据经典的牛顿力学预言,只要天体的空间足够小,引力足够大,光线和其它一切物质就不能从中逃逸。
天文学家在上世纪60年代,花了很大的工夫,演算出了非常好、甚至可以说是完美的一套黑洞理论:当一个原始天体燃尽它所有的燃料后将发生坍缩,这就是超级星爆发。爆发时它将损失相当多的能量和质量,但只要最后剩下的质量超过3.2个太阳质量(稍微小一点就变成中子星,再小就成了白矮星),它最后的引力坍缩就是收不住的,在1秒的时间内,它会变成比地球铁核还小的超高密度天体。这就形成了黑洞。这样形成的天体被称为恒星质量黑洞,也就是大家平时所说并在科幻小说、科幻电影里出现的黑洞。
由于引力太大,连光都不能从它表面逃逸,黑洞不能被人类直接观测到。但随着理论物理和探测手段的进展,人们可以借助观测和看不见的天体相伴的另一个天体的运转情况(两个天体相互运转组成双天体),从而得出其质量。
然而,到今天为止,恒星世界中那些看不见的天体没有一个被100%地证明就是黑洞。
1994年,天文学家在星系中心发现了超大质量黑洞,并算出它体积很小,质量却极大。“由于几个不同的天文学家小组,从低级望远镜到哈勃空间望远镜,都探测到了,宇宙中有这样超大质量的黑洞就成了板上钉钉的事情。”李竞说。
恒星质量黑洞虽有经典理论,在观察验证上却没到盖棺定论的地步;星系中的超大质量黑洞被观察确证,但它是怎么来的,没有一个完整的理论解释。二者正是现在科学家努力的方向。
恒星质量黑洞理论跟霍金毫无关系。霍金提出了另外一个黑洞学说,他认为宇宙中有无处不在的微型(Mini)黑洞,黄豆大小,与木星差不多的质量,宇宙起源的时候,这种东西无处不在。
对于Mini黑洞,霍金赋予了其漂亮的理论。但天文学家少有顾及,因为它完全无法观察研究,霍金也没有提出如何去验证的方法,而科学家对一种理论最关心的是它能否被验证——这也是霍金迄今与诺贝尔奖无缘的主要原因。
不可验证的黑洞理论之外,霍金还提出了他的宇宙模型,给出了11维空间,认为要描述宇宙,X、Y、Z和T(时间)4个未知数是不够的,要加到11个未知数之后,才能够解释宇宙的很多结构。另一种说法,宇宙11维是爱德华·维顿提出来的。
这些“维”同样是天文学家无法探测的。
李竞介绍,在宇宙起源学说领域,现在最热门的是宇宙极早期时候的研究,包括那时控制宇宙、左右宇宙的物质规律是什么等等,而霍金探讨的问题甚至比这个更超前。
“有了早期宇宙的成熟模型以后,才能谈到霍金所提到的宇宙大爆炸之前的问题。现在连0秒之后的瞬间都还摸不清,怎么能谈更以前的?”国家天文台专家赵复垣曾经翻译《霍金的宇宙》,他也表示,虽然他翻译了全书,但对里面的理论还是不懂——实际上,许多研究广义相对论的专家都表示看不懂。
但李竞和中科院理论物理研究所教授蔡荣根都认为,霍金用纯数学方法做物理学的模型研究,这种“理论在先”的研究方法本身无可厚非。比如激光,就是先有了理论,然后用实验制造出来。爱因斯坦的理论当中也有很多预言,是后来被人类验证的。
“预言被观测证实,这样的理论就被证明是真正的好理论。问题是霍金的理论现在还没有给出明晰的、可以让人去寻找的东西。”李竞说。
有关维数的理论
以现今人类的智慧,维数是不可想象的.让我们从4维这个时间上为起点,这个时间概念仅适用于地球这个生命圈,其它星球肯定会存在不同形式的生命圈,那么整个宇宙会有无数个时间的概念,即无数个四维。如果大爆炸理论成立的话,这些无数的四维都存在一个质点内,你能想象在这个质点之外又多少个质点吗?如此,第5维空间为一个质点即宇宙。这就可以解释为什么佛经中记述圆满智慧者在芥子中可以见到大千世界(宇宙)的原理。又宇宙内外质点无处不在,物理学已经证明了光,电,磁均是粒子波动,同理人的思维,意识均将被证明是质点序列的波动。那么这个第六维应该是遍满一切处的,所有事物都是以概念区分的,是由我们大脑的意识所认知的,这样我们就可以将这个六维命名为"识"。至于第七维,试想你能跳出概念这个圈子吗?如果一切概念都抛弃的话,(连抛弃都是概念)应该说呈现出来(不能说还剩下)什么呢?我们暂时命名“空”吧,注意这个空可不是平时概念上的空无,也不是没有超弦理论的十维空间之后,推出了十一维空间的超膜理论。
一维是指一条有原点的直线,如数轴之类,意思是定下原点后,就可以用一个数字表示位置
二维是指一个平面,需要用垂直相交的轴来定位,通过两个数字表示位置
三维类推就是三个数字啦,就好像立体空间
四维通常指的是在三维立体空间上加上时间轴,用某时间点上的三维数字标志位置状态,我们应该是在四维空间中的
五维就是动态的空间叫“速度”
六维是因动产生磨擦而生“温度”
七维是因温度产生热至爆炸而生“电”
科学家们认为,三维空间模型已经是非现实的,现在宇宙学家将时间看作第四维,而第五维指的是能量无界限。根据科学家的假设,宇宙是平坦的,而这就有可能作时光旅行。

第六维空间 有科学家称,生活在三维空间和时间中的人类至今不知还有另外六个空间维度
威斯康星大学麦迪逊分校的一位物理学家寻找到了观察六维空间的灵感。
他提出的观察六维形状的方法被发表在本月的《物理评论快报》上。
除了四维时空,另有六个人类未知的空间维度
我们都知道,自己生活在三维空间之中,如果加上时间,那么是四维时空。可有科学家称,还有另外六个空间维度是人类至今不知的。
来自2007年2月2日的《物理评论快报》的一则消息称:威斯康星大学麦迪逊分校的一位物理学家从太空中寻找灵感,提出了这样的一个假设,在物理学“弦论”的基础下,人类的世界并不完整。除了三维空间和时间之外,还应该存在另外六个空间维度。这些“隐藏”的空间维度以极其微小的几何形状卷曲在我们宇宙的每一个点中。六维空间可以接纳任何可能的形状,而且都与其自身的世界相一致,具有其自身的物理学规律。
这无疑像一颗重磅炸弹落在物理学界。如果真的有六维空间存在,那么爱因斯坦的“相对论”就显示了其理论自身的不完善。
对于人类而言,我们习惯了三维空间的概念,如何能想象和接受六维空间?这神秘的六维几何体到底是怎么样的形状?难以捉摸的六维空间确实存在吗?
人类为什么看不见其它六维
中国科学院理论物理所朱传界教授告诉记者,“宇宙应该是十维的”是根据一种超弦理论的论证,科学家通过数学方程计算得出的结论。就目前而言,人们只了解一维时间、二维平面、三维空间以及爱因斯坦提及的“四维时空”概念。除此之外,“超弦理论”预测还应该存在另外六个人类未知的空间维度。
那为什么另外六个空间维度看不见呢?
朱教授以水管为例说,当人们站在这根水管的正面看时,水管就是一条直线,我们就只看到了它的前后,它就是一维的。当人们站在一个平面里,看这根水管,就能看到水管的上下左右,那么人们就看到了它就是二维的。当人们在一个立体的空间里看这个水管,它的前后、左右、上下都收纳在我们的眼中,那么它就是三维的。
可如果人们把这根水管放在两维的平面中,然后又把这个两维的平面放在三维空间中,那么会是什么样的呢?于是,科学家把水管想象成像一根头发丝那样细。科学家认为,六个“隐藏”的空间维度,以极其微小的几何形状,卷曲在我们宇宙的每一个点中。
这种观察六维形状的方法之所以被发表在《物理评论快报》上,是因为这种方法能证明通过实验数据来观察这些难以捉摸的维度形状特征是可行的。同时,六维空间的存在也是证实“超弦理论”的主要方面

生活在4维空间,三维空间+时间
连爱因斯坦也只认为有四维,为什么还会有7、11维呢?

什么是低维物理~

低维物理(包括薄膜物理、表面与界面物理和高分子物理)

有11个维度和26个维度的说法,当然还有其他的。弦理论确信至少需要十个维度才能建立一个理论框架,让引力与量子力学互相兼容。这里的的维度是描述宇宙的数学参数,不能按古典物理量来理解。


#鲜顷坚# 什么是物理学中的四维?
(19782363950): 三维是指长度、高度、宽度,四维就是再加一个空间衡量尺度. 注意,是空间. 很难理解对吗?那就对了,我们作为三维宇宙的生物,是永远也没办法想象超过三维的概念的.就像一个二维生物无法理解“高度/厚度”一样. 时间到底是不是一个维度,现在在学术界还没有定论.我个人的观点是,时间即便是一个维度(其实我不主张把时间视作一个维度),也是最后一个维度,它凌驾于一切空间维度之上,除了时间以外,其他维度都是空间维度. 通过理论计算,人类已经可以确定三十几维(貌似是,可能还更高)的空间基本理论了,但,只是理论……而已.

#鲜顷坚# 物理中的四维是指长度、数量、温度、时间,是吗?(来自天才在左疯子在右)如果是的话,请附上资料出处 -
(19782363950): 天左疯右,我觉得是一本杜撰的小说,书中四维虫子提到的物理三维,长度数量温度,我认为这种说法没有依据,这可能是作者在编撰小说的时候查阅资料对某些英语单词的误译而导致的误解, 英语 dimension 有两个意思: 一个意思是维度. ...

#鲜顷坚# 几维空间是什么概念 -
(19782363950): 维度,空间,时间,无限,永恒 一:零维,一维,二维,三维. 零维度空间是一个点,无限小的点,不占任何空间,点就是零维空间.当无数点集合排列之后,形成了线,直线就是一维空间,无数的线构成了一个平面,平面就是二维空间....

#鲜顷坚# 谁能帮我解释一下维数 -
(19782363950): 这个所谓还有其他维度存在的说法是一些物理理论提出来的假设,目前都没有被实验证明过 可以这样理解:你远远看一根绳子,觉得是只有一维的.但是你走过去凑近仔细一看,原来这绳子是有粗细的,是三维的.这就是这绳子的另两维太细小了,需要仔细看才能发觉.有些理论就认为宇宙不只是四维的,只是其他维度都太细小,还没有被实验发觉

#鲜顷坚# 谁告诉我三维以上的维是什么样的
(19782363950): 在物理学上时间是第四维,与三个空间维不同的是,它只有一个,且只能往一方向前进. 有些理论预言我们所居于的宇宙实际上有更多的维度(通常10,11 或 26 个).但...

#鲜顷坚# 五维到十一维的定义 -
(19782363950): 空间的维就是线性空间的基,维数也就是该空间中最大线性无关向量组的个数,也就是所谓的秩.维数的定义是为解决物理问题而构建的数学模型,并非每一维都有明确的物理意义. 楼主所说的应该是通常说的我们生活的空间,它是11维,3维...

#鲜顷坚# 所谓的“维”是什么?爱因斯坦预言的“八维空间”有是什么
(19782363950): God... 八维空间 现在物理学界公认的理论是八维空间,分为X维(物体的长)、Y维(物体的宽)、Z维 相关书籍 (物体的高)、T维(时间维)、速度维、温度维、电磁力维、万有引力(或斥力)维.这一理论由德国物理学家巴克哈德 海姆于...

#鲜顷坚# 11维空间中的"维"是什么概念? -
(19782363950): 如果非要给空间一个数量定义,那么空间只有一个.至于你说的三维四维,只是我们用来描述我们的空间的工具,就像“时间”这个名词一样,它是人类描述物质运动状态的工具,跟米这个单位类似.如果你知道哲学里面有分析哲学的话就会容...

#鲜顷坚# 天体物理中26维是什么? - 作业帮
(19782363950):[答案] 在膜理论中存在着n维,宇宙中所有的物体都是由膜构成的,但是这个只是理论,没有被科学家所认同,同样也没有找到依据来证明比理论,但是已发现超过光速的中微子,谁也说不准膜理论的真假

#鲜顷坚# 那些维到底是什么?
(19782363950): 维度(又称维数)是数学中独立参数的数目.在物理学和哲学的领域内,指独立的时空坐标的数目. 我们所居于的时空有四个维(3个空间轴和1个时间轴).我们周围的空间有3个维(上下,前后,左右).我们可以往上下、东南西北移动,其...