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为什么科学家说宇宙是11维的?我们怎么感觉不出来呢?

  我们对于周围的世界,早已经习惯于三维的空间这种感觉了,如果加上时间,这个时空的四维时空,已经深深地印刻在我们的思维和感知中。不过,我们中的很多人,或许都听说过十一维宇宙的说法,相信大家对这一提法都朦胧中不知所云,毕竟以我们的视角,连四维空间都很难想象,何况是十一维呢。那么,这种提法到底表达的是什么概念?如果是准确的话,我们为什么一点都感觉不出来呢?
  三维世界
  说到三维世界,我们肯定最熟悉不过了。如果让我们来描述一个三维的物体或者空间,我们肯定会首先描述它的长、宽、高,或者在坐标系中描述出它所处的X、Y、Z坐标值,这些描述使得三维物体或者空间,一下子有了形象的概念,从而很容易在我们的想象中确立起它的边界和大小。
  作为处在三维空间中的物体,由于无时无刻不在发生着运动(相对运动),那么无论是在感知中,还是在物理体系中,都会赋予它一定的时间存在标志,那就是加入一个时间的维度,使其拥有着随着运动过程所带来的状态改变。因此,三维时间四维时空,不但成为我认知周围世界的标准和尺度,同时也是各种物理理论所默认的支撑载体。
  大家在学习牛顿力学、电磁学、爱因斯坦相对论、热力学等等物理知识时,估计都会有一个感觉,那就是对于这些现象所处的维度环境根本没有什么要求,而是通用性的,比如在二维平面或者三维空间里,计算出的结果都是相同的,如果拓展到更高的维度,那么结果也会一样。
  直到超弦理论的出现,将原有物理体系中对维度不加限制的情况打破了,提出宇宙中必须要有一个特定的维度,否则就会出现大问题。弦理论
  超弦理论来源于弦理论。弦理论的一个基本观点,就是将自然界中的基本单元,看成并非是由电子、光子、中微子等之类的点状粒子,而是很细很细的线状弦,这种弦的不同振动、不同运动会产生不同类型的点状粒子,从而给成了我们现实的世界。
  科学家们之所以会提出弦理论,其中一个重要原因就是想借之来统一广义相对论和量子力学,同时也借之统一宇宙中的四种基本作用力(强核力、弱核力、引力和电磁力),这种假设出来的理论,可以很好地完成当今物理学领域最大的难题大统一问题。不过,这种理论仍然存在较多的问题,需要做相当多的工作,来对假设条件进行优化和完善。
  按照弦理论的相关描述,科学家们一开始也认为,该理论也与之前的力学、电磁学等理论一样,对不同的维度也具有普适性,不过在应用弦理论来解释和计算三维空间中的物理现象时,发现有的计算结果超出了三维下物理量的阈值极限,比如计算一种现象的发生概率时,有时会出现大于1的情况,有时也会出现负数的数值,这已经远远超出了我们的认知,在三维中根本是不可能的,问题出在哪里了?难道弦理论是错误的吗?
  事实不是这样的,弦理论没有出现问题,错就错在维度的数值上出现了偏差,因为在计算中科学家想当然地将维度默认为三维。后来,有科学家提出了一个大胆的方案,就是将弦理论放到一个更多的维度中去计算,结果发现,当设定的宇宙维度值为25维的时候,计算出的概率值正好处于0和1之间。
  所以,按照弦理论的模拟试错反推的结果,宇宙空间是25维的,后来随着弦理论的发展和演化,这个维度最终计算出来的结果随着发生了变化。25维是怎么来的?
  科学家们是利用光子的静止质量为零这个得到科学界公认的定理,来应用弦理论反推出宇宙的维度的。简单地说,在量子力学中,时空内无时无刻、无处不充满着量子涨落现象,我们应用不确定性原理,对物体的最低能量进行探索,发现物体最低的量子涨落能量并不为0,同理弦的最低能量为不为零。而弦的整体能量是这个最低能量加上弦振动的能量,既然光子是由弦的振动所产生,那么光子的静止整体能量必须是零。
  为了解决这一矛盾,科学家们继续研究,发现光子的整体能量,即最低能量和振动能量之和E,与2(D1)(12345)成正比(D代表着维度)。如果仅看这个公式,乍一看无法求解,但是别忘了有一个神奇的公式欧拉公式:12345112,即无穷个正整数相加,结果是112,不可思议吧,这里就不列举推导过程了,有兴趣的朋友可以搜索查一查。
  那么,我们根据欧拉公式反过来推导一下,要想使E0,那么D的数值就必须是25,于是通过弦理论计算出宇宙的维度是25维。弦理论的升级
  经过不断地修正和改进,物理学家们把超对称性这个概念,加入到了弦理论中,于是产生了超对称弦理论,简称超弦理论,其中超字的含义就是指超对称性。
  这种拓展的结果,使得弦的振动,不但在原有的D个维度上进行,还会在超空间的格拉斯曼数坐标的方向上振动,于是在超弦理论模式下,上述推导光子整体能量为0的公式,就演化成了E与23(D1)(12345)成正比,将后面连续正整数和为112代入,我们得出D的新值为9。
  在这种9维空间中,科学家们发现了5种不一样的超弦理论,为了探求这5种理论哪个是正确的、哪些是错误的,科学家爱德威滕继续为之不断奋斗,结果不但没有发现5种理论的任何漏洞,而且它们都共同指向了一个共同的理论,这说明这5种理论也是统一的,只是这个终极理论的5个分身而已。
  然而,到目前为止,科学家们也没有找到这个大统一理论的集大成者,于是发现这其中隐藏奥秘关联的爱德威滕,将这种理论称为拥有神秘、魔法性质的理论,于是取英文单词的共同首字母M,将其命名为M理论。
  由于M理论是基于9维空间更高一层的维度实现的,所以M理论的空间维度也就是10维,如果再加上时间这个维度,那么我们宇宙的维度就刚好是11维。为什么我们感觉不到11维时空?
  如果想要回答这个问题,难度是很大的,因为我们压根就不知道M理论是什么,也不知道11维时空的具体含义和表象。不过,按照超弦理论的解释,我们或许能够得到一些安慰。
  超弦理论指出,宇宙虽然由11维时空所构成,但除了时间维度以及我们能够感知的三个维度外,其余的7个维度,都在很小的空间中蜷缩了起来,言外之意就是,虽然存在,但是我们就是看不到。
  这就像我们观察一根木棍一样,在很近的距离,我们可以看到它是一个三维的圆柱,如果再远一点,我们只能看到一个具有长度和宽度的二维图像,如果距离达到一定程度,我们只能看到一条线,它在我们的感知中就变成了一维的物体。宇宙的其它维度,道理应该是一样的。

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