人类生活的世界可能拥有十个维度,而引力能轻松穿越到高维度!

2024年11月15日15:13:04 科学 1795

引力为何显得如此微弱?为何一根小小的磁铁能吸引或排斥远超过自身重量的物体?有一个理论或许能为我们解开这个谜团,但在此之前,我们需要首先探讨一些基础的概念。

当今备受关注的量子引力理论将所有基本粒子看作是在振动的弦,而这些弦存在于一个蜷缩的高维空间中,并非我们日常所体验的三维空间。那么,究竟什么是空间的“维度”呢?

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线条是我们熟知的几何实体,它仅通过长度就可以被完整描述,是一维空间的象征。设想一下,将一个点移动形成的轨迹即为线。然后,考虑一个面,它有长度和宽度,需要两个测量步骤来确定它的位置,因此它是二维的。类似地,我们可以通过让线在垂直于其自身的方向上移动,而形成一个面。

同理,立方体这样的三维形体也有其生成原理。它具有长、宽、高三个维度,需要三次测量来确定其位置。通过让正方形在垂直于其平面的方向上移动,我们就能得到立方体。而像圆柱体、球体等也是三维物体的例子。

随着维度的增加,理解起来会愈加复杂。蜷缩的高维空间的概念是数学上可行的,但在直观上却难以想象。那么,我们如何才能感知到这些额外的维度呢?

我们可以从光的扩散来进行思考。在三维空间中,点光源的亮度会随着离光源距离的平方而降低,这是因为光所照亮的区域随着距离的平方而增大。然而,这一规律仅在三维空间内有效。

在四维空间中,光的亮度会随着距离的三次方而降低;在五维空间中,亮度与距离的四次方成反比。到了十维空间,亮度则与距离的九次方成反比。

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回到弦理论,假设这张膜代表了我们生活的三维宇宙,那么像夸克和电子这样的粒子,实际上可以看作是两端固定在这张膜上的弦。然而,引力子作为引力的载体,它的形态是一个闭合的圈,两端不固定在我们的三维空间内,而是可以在额外的维度中自由移动。

这可能就是引力为何显得如此微弱的原因,因为我们实际上只能感受到引力的一小部分,大部分的引力已经泄漏到了其他维度。那么,这些额外的维度究竟隐藏在哪里?

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一种理论认为,这些维度其实无处不在,只是它们极其微小,以至于我们难以察觉。从足够远的距离看一根电线,它似乎只是一维的线条。但当你靠近观察,你会发现它实际上拥有额外的维度。

在最微小的尺度上,每一个空间点都蕴含着额外的维度。如果能够缩小到足够小的尺寸,你就会发现空间实际上是一个复杂的多维结构,这正是“卡丘空间”所描述的景象,这个名字得自于著名的华裔数学家丘成桐。

借助欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)等设备,科学家们可以将质子和反质子加速到极高的能量水平,足以在碰撞中产生引力子。若真能实现,我们或许能在三维空间中目睹引力子的形成,并观察它们迅速消失,进入那些隐藏的额外维度。

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