如何才能更好理解多維空間?

弦論實在是很難懂,有沒有人能解釋得通俗一點?


三維空間中的生物不可能「真正」理解四維或更高維的空間。智商再高也不行。

他們只能推測高維空間的性質(還不一定是對的),但是無法想像出一幅具體的圖景。


理論上,時光機器不可製造

我們都知道,人類所生存的空間是4維的,但是其中的物質均是3維的,包括人類本身。我們能感受和理解的空間,也僅限於2維、3維和4維:誰都無法畫出一條沒有寬度的線段或者沒有大小的點,誰也無法感受到5維時空及更高維度的時空。時光機器這種設定恰恰是在5維時空中,所以理論上我們無法認識,更加不可能將它製造出來。

多維時空不同於多維空間

回到多維時空,首先想區分兩個概念:多維時空和多維空間。多維空間對於拓展思維、研究宇宙的實際意義其實並不大,因為它更多地局限於數學、量子理論之中,概念上僅僅是空間的拓展,必要時加上時間的一個維度。但是多維時空就不同了,在多維時空的概念中,允許除了空間之外的東西有更多的維度——比如時間,甚至,規則。

多維空間是怎樣的?

在現在流行的量子力學、弦理論及超弦理論中,為了使能量為正,解出宇宙空間為26維或者10維。其中超弦理論因為格拉斯曼空間的振動,計算出的宇宙維度較小,但是10維卻早已超出了我們能夠理解的範圍。如何理解呢?其實可以用正方形(體)來進行理解。假設我們生存在1維空間(一條線上),垂直穿過一個正方形,那麼我們所看到的就是一條線段出現、持續、消失;同樣的在2維中穿過一個正方體,我們看到的是一個正方形突然出現、持續、消失;所以在3維中,如果穿過一個4維的正方X,我們看到的應當是一個正方體突然出現、持續、消失……以此類推,可以理解更高維度的空間。

為什麼說理解高維空間意義不大?

當然還有另一種理解4維空間的方式,那就是空間摺疊:2維的一張紙,我們將它彎曲之後站到一塊,當點穿過接點的時候,它會突然發現自己奇怪的消失了、然後出現在世界的另一頭;同樣的,如果在4維之中,是可以實現將3維的兩個點連接起來,令一個人瞬間移動,這也便是《星際穿越》中蟲洞的作用。

可以配合這張圖進行理解,A-B構成的是1維空間;而從A出發不只可以到B,還可以到C的時候,ABC就共同構成了2維,B、C均成了A的潛在的選擇性。然而B要到達C必須經過A,但是3維中,BC可以直接相連。但這些依然處於理論階段,並且理解起來頗為抽象,對於我們想要「改造宇宙」、成為造物主的願望相距甚遠。所以,空間本身已經滿足不了我們的野心。

現在談談時間

時間這種東西太神奇,看不見摸不著卻又無所不在,其本身不能說存在抑或不存在,通常認為,時間與物體的運動緊密相聯,如果世間的所有物質都靜止下來,那麼時間再無意義。而正是因為人類想認識世界、改造宇宙,在理解力、運動、規則這些東西的時候,迫不得已把時間的概念引入,讓它作為很多事情的「自變數」。我認為研究時空為主的多維空間更有意義,同樣的在《星際穿越》中,也是以多維時空作為多維模型的。

我們對時間的錯覺

我們一直有一種錯覺,那就是時間是均勻前行的,身邊的人與我們一同老去、四季交替、日落日息……一切都是穩定而均勻的。所以當初愛因斯坦提出相對論以及兄弟佯謬的時候,人們會大吃一驚:什麼!哥哥去宇宙旅行一趟會比弟弟還年輕?然而正是因為時間對於運動的依賴性的存在,兩個人身上的細胞、分子、原子的運動方式很不相同,自然經歷過的時間也不同了。哪個為準?其實哪個都是標準,哪個也都不是……宇宙中有著億億級的物質,任何兩兩物質間的時間都不一樣,換句話說——所有東西的時間都是自己的。

第一站:時間是幾維的?——時空4

問題來了,儘管時間不均勻、沒有標準,但是它是幾維的?如果是一維,那麼把人抽象成一點,從生到死把他何時在哪裡都記錄下來,構成他的4維空間,那麼他便只能在這「條」時間線上運動:回到16歲,在第一中學;再到50歲的某時,在家看報紙……不會改變也不能改變。如果他是一個4維的人,那麼他就可以通曉他的一生,知道自己的命運,甚至可以自由在任何年齡之間穿梭。諸葛亮應當就介於3維到4維之間,而我們的旅程也正式開始了。

第二站:時間2維——時空5

但是,如果時間是2維的,該如何解釋呢?同樣結合那張圖來理解:

現在要注意,在這張圖中,A-B並不是1維空間,而是4維時空,同時包括1個時間和3個空間:A代表16歲,在第一中學;B代表50歲的某時,在家看報紙;C則代表60歲的某時,在醫院病床上。ABC以及更多從A出發的「線段「所構成的集合便是5維時空,此時它表示的是從A做出的不同選擇、走的不同的人生道路的所有可能性的大集合。6歲時不小心摔了一跤,都有可能因為蝴蝶效應而導致過早的夭折。周杰倫的一首歌中唱到:也許在不同的時空,還牽著你的手。5維時空便是所有這些時空、所有平行空間的集合。但是有一點是不變的,那就是如果要從B到C,必須回到A。

5維時空的討論:上帝擲骰子嗎?

我一直是一個先定論者,認為宇宙的所有物理定律是確定的,給定初態,那麼之後任意時刻,所有的分子、原子、弦等等的位置都可以解出來。那麼所有事情的發展,從一開始就都是確定。包括我們此時在做著思考、做著決定,看似自由,其實都由因果所決定著,其實都由那些更為微小的物質的確定的運動所左右著……篤信不疑,然而就在不久之前,我突然想到了上帝的骰子,這便是量子力學——它指出在更為微小的層面,比如電子等,它們的運動是以概率的形式存在的。這便導致了不同:儘管物理定律可能是確定的,初態也是確定的,但是這些成千上萬的粒子時時刻刻都在以概率在決定下一時刻的狀態,就好像上帝在擲骰子時時刻刻創造更多的平行空間。從這個角度看,正是因為「概率」的存在,5維時空才有了存在的可能性。不嚴謹地通俗理解一下,此時投一枚硬幣,正反面概率相等,那麼硬幣落下之前,便同時產生了兩個平行空間,一個「正面」,一個「反面」。(其實硬幣這種宏觀的物質,其落下的正反,只是人類無法猜測,而非真正有正反的概率,拋出之前,甚至很久之前,就已經確定了)

所以我認為第5維應當稱之為「概率維度」,就是時間的第二維度。

5維時空再討論:4維人的寂寞

在倫理上,我也想討論一下4-5維時空。如我們一般認為的,我們是3維的,生活在4維中,我們活著,對未來一無所知,也就是對於時間的維度未知。這種未知給了我們活下去的勇氣與希望,探索未知構成了我們生活的全部——我們的生活說白了,就是在第4個維度上「走」下去。我們覺得命運在自己的手中,是因為自己可以按照願望做出選擇(不是真正的自由,但是我們覺得自由),並且因為想像和社會對比的存在,我們會快樂或者憂傷。但是對於4維人,事情好像殘酷了很多,他同時知道自己的所有時刻的所有狀態,經歷過什麼、會經歷什麼,一切都是已知的、確定的。儘管他知道很多,甚至可以隨意穿梭,在自己的時空中到達任意的年紀,但是這種不可改變的命運,他是否能夠承受?理論上的永生,對於他有何意義?

5維時空優化:不確定的確定

可能你會說,不要理解了就好,管他呢。但是我認為,維數的拓展不應該會有矛盾的產生,即使是4維人,活在5維空間中,也應當有活著的意義,所以問題應當出現在模型上。之前的模型是說4維時空中一個人有著確定的人生軌跡,不可改變,但是在5維——多出來概率維度的影響下,會有一件事情產生,那就是4維人在時空中穿梭的時候,會因為概率的影響而有著不同的人生!儘管在他看來,人生依然是確定的,50歲看報紙的時候回到16歲一定是在第一中學,但是概率的未知性會讓未來重新變成一種不確定的確定!每一次都會有一系列的骰子投下去,確定一條軌跡,4維人生活在其中,並且等待新的骰子組合。4維人生活的意義,就在於在不同組合的概率選擇的未知之中,他的生活也依然是無限種可能。

第三站:時間3維——時空6

6維空間相比就容易理解多了,還是用到那張圖。

現在,B可以不會到A直接到C,6維人的你,原本成為科學家可以一瞬間變成程序猿,不需要回到高中之類。時間上的不需要回溯,換句話說就是無視因果論;另外要注意這一句話,無視因果論,不代表因果論不存在。如果換條路走,B到C還是必須經過A。如果說5維是時光機器存在的維度,依然需要緊密地根據事情的因果發展而到過去或未來改變事情的發展方向;那麼6維就是神仙存在的維度,可以隨意將事物變成它可能的樣子,左右它過去及將來的,所有的概率、一切的選擇。點石成金、呼風喚雨……幾乎已是無所不能。

5維、6維時空倫理的簡單討論

這樣看來,5維人,即坐著時光機器的人(比如大雄)好像很開心沒有煩惱,可以到達任意的時間點、任意的位置來改變事情的發展方向,滿足所有的願望;而6維人更甚,凌霄寶殿的眾神仙,可以隨心所欲、法力無邊……但是要注意一點,他們能做的,也無非是在這個包含所有可能性的時空中的能做到的所有事情。比如說,這個時空源自一個不可分割的小粒子,那麼即使在6維,也無法用他創造出一個星球(需要更多的粒子),或者讓它分裂出更多的粒子(宇宙規則不允許)。縱使是神力,也依然被冥冥中的規則、因果等類似的東西所束縛著。尋找和試著理解創造這些規則,也便是這些維度的同學們的任務。

另外,空間之多維均是對稱的;但是時間所定義的幾個意義,尤其在於第6維度,比較抽象。我想這個是可以理解的,因為時間朝多個方向流逝沒有太大意義,而且在我們的3維中是很難看到時間維度是否對稱,或許6維人看去,時間的這3個維度都是對稱的。

第四站:規則1維——時空7

對於第7維度的理解,雖然借鑒了一些理論,但是「規則」維度是我自己大膽的提出。回顧之前的維度,我們看到,空間和時間都拓展到了3維並且就此而止,這似乎並沒有太大的道理——也許是因為我們只能直觀理解到空間的3維,所以通過3來疊加我們的時空維度。此時到第7維,便不得已要引入新的維度,並且將它疊加到3維形成9維空間了。個人認為這並不太科學,所以以下的維度還望多批評指教。

在網上的一部片子中,將第7維度解釋成我們這個宇宙的所有時刻,它的各種常熟、定律可能在宇宙演化中有著一些變化,還是回到那張圖:

第7維就是A-B的線段所代表的維度,它表示從宇宙大爆炸開始到任意時刻;像4維的A-B線中,每一個點有著確定的「時間」維度一樣,7維的A-B線中,每一個點便是有著確定的「規則」維度,組成A-B的不是一個個的時間點,而是不同的規則、規定、因果論。

為什麼要引入規則?

最簡單的完全描述一個質點狀態的方程:

中,x代表質點的空間狀態,t代表質點的時間狀態,那麼v呢?速度。但是我更想把它理解為,從宇宙大爆炸開始,經過這麼久與各種其他質點的相互作用,而獲得的一個狀態,顯然在這個狀態中,包含了一系列不容忽視的因素,那就是宇宙的規則、物理定律。萬有引力、強弱相互作用、動量守恆……總之,v將會是物質、規則和時間的共同產物。如果空間和時間的維度都已經考慮到了,那麼時空再延伸,便將是規則的改變:光速在宇宙演變中不斷變化、引力常數變化……甚至有些定律會失效,有些定律會產生。昨天發現的定律,今天完全不適用了;突然發現的一個規律,卻有可能才在這個宇宙中一個月大……

第五站及以後:8維及更高維度

如此理解8-9維就不再困難,類比之前,8維就是多元宇宙的概念,並且可以回到大爆炸的原點進行宇宙間的旅行,接觸不同方式演變的宇宙的不同規則,而且可以任意選擇6維時空中要用那種規則;而9維就是不需要回到大爆炸原點,直接在無限多的無限可能的宇宙規則中選擇一個,作為自己6維時空的規則,不開心再換一個……網路上很多人喜歡把8維稱為上帝的維度,對於規則隨意創造、毀滅以及更改。但是我想說,無限多的無限可能依然不以為著「隨意」。所以我猜想,上帝的定義可能要上升到更高的維度。

規則及時間維度的再討論

時間討論到3維就停止了,其實只是因為無法理解和想像了;規則也是如此。但是注意在方程

中,v是t的隱函數,所以他們的混疊有可能產生更多的維度,甚至規則本身,在確定的x和t時是不是確定的都還未知。但是我的理解和討論就僅限於此了。

寫在最後

因為自己一直喜歡關於宇宙時間的這些問題的思考,所以很願意寫這樣一篇文章來分享。文中的太多觀點都是個人觀點,極不成熟,漏洞頗多,望小夥伴們海涵。歡迎隨時提出觀點意見,讓我們共同進步!


最簡單說,無廢話
0維,一個點
1維,一條線
2維,一個面
3維,現實空間,我們的居住空間
4維,把我們的空間放在時間軸上,一秒鐘的運動距離為30萬公里,也就是光速,所以上一秒離你30萬公里遠,如果你超過光速,說明你可以追上時間,回到過去
5維,把四維空間組成的時間線,擺放成一個時間面,可以理解為,時間的方向的多元的,不同分支的。如果今天我6點下班,那另外一個時間世界裡,我可能在加班,甚至可能我根本沒有工作。所以下一秒你做什麼會有無數種可能。
6維,在五維世界裡,人們可以回到過去,甚至在不同的時間分支中行走,但是需要遵行因果關係的。但是六維的空間,很多時間線和五維的時間線是完全不同獨立存在的,完全不關聯的。這種情況下,人們就有超能力,可以做任何事情,沒有因果關係。
7維,六維空間在一個宇宙中已經擁有超能力,可以做任何事情了。如果再把緯度提升,就出現平行的宇宙,這時候就像回到大爆炸之前的時間奇點,有無數個六維空間組成的奇點。這就是七維。六維的人能在一個宇宙中做任何事情,但是這些事情在宇宙大爆炸時候都固定了,什麼發生,什麼沒有發生。到六維的人只能看到這個宇宙中發生的一切,但七維的人能看到這個宇宙沒有發生的一切,因為這個宇宙沒有發生的事情,在另外一個宇宙中可能會發生,這就是平行宇宙中的七維。
8維,七維能看到所有的宇宙發生宇宙大爆炸產生的一切。這些爆炸已經發生了,七維都能看到。到八維的人,看到了其他可能會發生大爆炸的宇宙奇點。八維的人知道哪些宇宙即將發生爆炸,但七維的人不知道沒有發生爆炸的宇宙。
9維,八維的人看到了已經爆炸,即將發生爆炸的宇宙,那九維的人,還看到不可能發生爆炸的宇宙。所以九維的人看到了所有的一切。

一句話概括,012是點,線,面,3是立體,空間。我們再把3當做點,延伸出456。再把一個宇宙6當做點,延伸出789。這就是所有的宇宙。


很流弊的理論物理學家brian greene都用了一本書解釋弦論的概念,怎麼能夠簡單的就能解釋多維空間呢?
真心建議想弄明白這個問題的人看看他的《宇宙的琴弦》。

那個加來道雄的《超越時空》寫得略裝,不是很好的面對普通讀者的科普書,看完《宇宙的琴弦》再看會有幫助。

最後我簡短的說下原因。

粒子的分類可以簡單的分成玻色子與費米子,超對稱理論指出每一個玻色子都有一個與之質量相同的費米子小夥伴存在,反之亦然。
弦是粒子的延伸,所以也分玻色弦與費米弦。
玻色弦(此時沒有超對稱)只能存在26維時空(時間為1維,空間為25維)中,原因是因為除了26維,在其他維度,弦的真空能量為負。
但是考慮到超對稱,每一個玻色弦都有一個對應的費米弦(這種情況下,就是超弦),而此時為了避免負的真空能量,我們只能將時空看成10維。。
還有一種11維的原因是因為一種(總共5種)超引力(超弦的低能近似,這個概念知道就行,深究對於科普來說沒有必要。)存在的維度。

我想不會有再短的嚴肅科普能解釋清楚這個東西了。。。。。至於為什麼我們生存在4維時空,這個原因是因為弦的緊化(6維空間被緊化。)

有人如果願意提供他自己所學背景,我可以進一步講為什麼。


多維空間,怎麼理解?
我們先從數學中的函數說起,大家知道函數有n元的。n元函數我們可以這樣表示f(X1,x2,x3......Xn),,函數可以對應圖像。通常我們只能畫出三維圖像,所以我們一般只覺得我們的空間就只是三維的。可是既然有n元函數,那必然就有n維空間。那麼怎麼認識三維以上空間呢?我們生活中有很多數字,這些數字有些是長度單位的,有些是時間單位的,還有很多其他單位的數字。相同單位的數字能組成一條直線,而這條直線與三維空間中的直線卻不一樣,它們之間沒有平行關係,在同一物體上時,它們是相交且垂直的關係。也就是說按照這樣理解我們就容易認識多維空間了。多維空間中的點(X1,X2,X3......Xn),每個維度,本身是沒有單位的,只是我們人為了方便給它們各自取了名字,而不是用一維二維等名字去叫。
我們通常只能畫出三維,是因為從第四個維度開始,就是垂直於三維空間了,這樣就導致無法直接看見了。怎麼看呢?這些維度數字有變化,那麼維度也有變化,我們需要從非三維的變化中看。比如時間,我們通常看時鐘的針走動來看時間的變化。還從太陽等在天空中的位置變化來分辨時間。也就是說我們一般是將其他維度的變化轉化為長度,角度等能用眼睛直接感受到的來進行認識的。也就是我們能感受到無數的變化與維度。


我也是看的別處的,但不記得出處了。
四維空間不是三維空間加時間,就如三維空間不是二維平面加時間。二維空間里的特徵幾何體是正方形,三維空間里是正方體,四維空間里是超正方體,五維~~六維~~七~~(&>﹏基本上都是憑著在低維度空間里的經驗去想像的。
比如,當一個正方體穿過二維空間時候,在二維空間的生物會發現突然出現了正方形,然後持續,然後當徹底穿過時候消失。如果超正方體穿過你所在空間會在你面前突然出現正方體,然後持續,再消失。換成球體,就是在二維看,突然一點變大成圓,到最大,再縮小成點。在三維看,超球體,就是突然出現個球,變大,再縮小,消失。
貌似最多有11個維度吧,可是高維度空間只存在微觀世界,宏觀世界裡的生物不好理解。

我也不專業,匿了


從一維到十唯,三維以後你還聽得懂嗎_趣味科普人文_科技_bilibili_嗶哩嗶哩

希望能幫到你


你為什麼不能把褲子從你的頭上脫下來,因為在三維空間裡面,你的身體檔住了。


看三體


回答者們注意!!我們的世界是三維空間+一維時間=四維時空(注意是時空不是單純的空間)而且如果時間存在那麼必然是一維的(零維時間無法流動 二維時間以面性擴散 三維時間可以「看到」 四維則太高了)但若是一維則有兩個方向 時間旅行就是可行的 但如果時間旅行不可行則說明時間不存在(不是一種維度 是由主觀意識創造的)但事實並非如此 在生活中要約見面不僅要有位置還要有相見時間 而且很多測量需要時間維度 則說明時間以一維形式存在 則可以時間旅行 希望各位在回答時看一下不要拿不存在時間 四維是升維時間的時空等存在較大爭議且不嚴謹的用語


以為 我們目前對世界的多維度的理解是錯誤的:事實上,三維空間加時間維度,最多也就是四維空間。
但是 分數虛數 的世界,則有一個奇異的特性:任何 負實數 都和無數的分數虛數相對應。
這其實意味著:
1 我們在一個「負」的海洋中
2 這個「負」的海洋對應著無窮的隱秘世界

因此,不應是有限維度的,而可能是無限維度的.
用百度搜索,應可以找到我早期放到網路的《半虛數與物質結構》一文。


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