宇宙11維

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更新時間: 2013-09-04

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宇宙是11維只是現代物理學中的一種理論,在超弦理論中是為了要將萬有引力包括在內而組成統一場論從而在此理論中需要11維的宇宙結構才能合理解釋這種理論,11維只是數學和物理邏輯推理的產物,因為我們是四維世界的產物,無法去想象更高維。我們的四維蜷縮在更高維,我們猶如一個二維的蟲子遇到一個從三維空間插過來的釘子,在蟲子看來,他很費解為什麼在他看來一個點為什麼會有這麼大的質量(他是二維的產物,無法感知三維)這好比黑洞為什麼有很大質量而體積為零。宇宙的結構其實是很深奧的。

  
M理論(超弦理論的一種)的宇宙是11維的,由震動的平面所構成M理論(超弦理論的一種)的宇宙是11維的,由震動的平面所構成
根據90年代提出的M理論(超弦理論的一種),宇宙是11維的,由震動的平面構成的。在愛因斯坦那裡,宇宙只是4維的(3維空間和1維時間),現代物理學則認為還有7維空間我們看不見。


  科學家們對我們已認知的維與可能存在但未被認知的維之間的區別是如何解釋的呢?他們打了一個比方:一隻螞蟻在一張紙上行走,它只能向右或向左,向前或向後走。對它來說高與低均無意義,這就是說,第3維的空間是存在的,但沒有被螞蟻所認識。同樣,我們的世界是由4維構成的(3個空間維,1個時間維),但我們沒有覺察到所有其他的維。


  根據物理學家的看法還應該有7個維。儘管有這麼多的維,但這些維是看不見的,它們自身卷在了一起,被稱為壓縮的維。為了弄清這種看法,讓我們再以螞蟻為例展開我們的想像。我們可以設想一下,將螞蟻在上面行走的那張紙捲起來,直到捲成一個圓筒形。如果螞蟻沿著的紙壁走,最後它又會回到出發點,這就是壓縮維的一個例子。如果能沿著著名的麥比烏斯帶走,也會發生上述現象,當然,它是3維的,但如果沿著它走過,總是會回到出發點的。麥比烏斯帶從維的角度講是壓縮的,按照物理學它有3個維,但誰在上面行走,都只能認知人一個維。這就有點像左圖上的人:上行或者下行,但永遠不會走到盡頭。如果螞蟻不是沿著紙筒彎曲的壁行走,它就永遠不會返回到原出發點。這就是2維(或者說被我們所感知的那種維)的例子,沿著它一直走,就不可能返回到原來的出發點。


  麥比烏斯帶


  Mbius belt
宇宙11維
麥比烏斯帶




  一種單側、不可定向的曲面。因A.F.麥比烏斯發現而得名。將一個長方形紙條ABCD的一端AB固定,另一端DC扭轉半周后,把 AB和CD粘合在一起 ,得到的曲面就是麥比烏斯帶。關於麥比烏斯帶的單側性,可如下直觀地了解,如果給麥比烏斯帶著色,色筆始終沿曲面移動,且不越過它的邊界,最後可把麥比烏斯帶兩面均塗上顏色 ,即區分不出何是正面,何是反面。對圓柱面則不同,在一側著色不通過邊界不可能對另一側也著色。單側性又稱不可定向性。以曲面上除邊緣外的每一點為圓心各畫一個小圓,對每個小圓周指定一個方向,稱為相伴麥比烏斯帶單側曲面圓心點的指向,若能使相鄰兩點相伴的指向相同,則稱曲面可定向,否則稱為不可定向。麥比烏斯帶是不可定向的。


  對於黑洞,早在拉普拉斯(1749-1827,法國著名數學家和天文學家)時代就有理論。拉普拉斯根據經典的牛頓力學預言,只要天體的空間足夠小,引力足夠大,光線和其它一切物質就不能從中逃逸。


  天文學家在上世紀60年代,花了很大的工夫,演算出了非常好、甚至可以說是完美的一套黑洞理論:當一個原始天體燃盡它所有的燃料后將發生坍縮,這就是超級星爆發。爆發時它將損失相當多的能量和質量,但只要最後剩下的質量超過3.2個太陽質量(稍微小一點就變成中子星,再小就成了白矮星),它最後的引力坍縮就是收不住的,在1秒的時間內,它會變成比地球鐵核還小的超高密度天體。這就形成了黑洞。這樣形成的天體被稱為恆星質量黑洞,也就是大家平時所說並在科幻小說、科幻電影里出現的黑洞。


  由於引力太大,連光都不能從它表面逃逸,黑洞不能被人類直接觀測到。但隨著理論物理和探測手段的進展,人們可以藉助觀測和看不見的天體相伴的另一個天體的運轉情況(兩個天體相互運轉組成雙天體),從而得出其質量。


  然而,到今天為止,恆星世界中那些看不見的天體沒有一個被100%地證明就是黑洞。


  1994年,天文學家在星系中心發現了超大質量黑洞,並算出它體積很小,質量卻極大。「由於幾個不同的天文學家小組,從低級望遠鏡到哈勃空間望遠鏡,都探測到了,宇宙中有這樣超大質量的黑洞就成了板上釘釘的事情。」李競說。


  恆星質量黑洞雖有經典理論,在觀察驗證上卻沒到蓋棺定論的地步;星系中的超大質量黑洞被觀察確證,但它是怎麼來的,沒有一個完整的理論解釋。二者正是現在科學家努力的方向。


  恆星質量黑洞理論跟霍金毫無關係。霍金提出了另外一個黑洞學說,他認為宇宙中有無處不在的微型(Mini)黑洞,黃豆大小,與木星差不多的質量,宇宙起源的時候,這種東西無處不在。


  對於Mini黑洞,霍金賦予了其漂亮的理論。但天文學家少有顧及,因為它完全無法觀察研究,霍金也沒有提出如何去驗證的方法,而科學家對一種理論最關心的是它能否被驗證——這也是霍金迄今與諾貝爾獎無緣的主要原因。


  不可驗證的黑洞理論之外,霍金還提出了他的宇宙模型,給出了11維空間,認為要描述宇宙,X、Y、Z和T(時間)4個未知數是不夠的,要加到11個未知數之後,才能夠解釋宇宙的很多結構。另一種說法,宇宙11維是愛德華•維頓提出來的。


  這些「維」同樣是天文學家無法探測的

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