漫話四維空間,趣談小小線蟲如何蛻變為頂級神獸
我們生活在一個由長、寬、高構成的三維空間。可是,還有比我們更高維度的生物存在嗎?要想弄清這個問題,我們得先從一維生物談起。
一維簡而言之就是一條線。在這線上只有前後。如果有一種一維的生物叫“線蟲”。它一生都只能在這條線上生存。要麼直線前進去覓食,要麼後退回巢穴。可是如果它生存的直線被截斷了,獵物卻在被截斷直線的另一段。可憐的小線蟲面對這天塹,只得仰天怒吼:“為什麼食物會在世界的另一端?我這輩子都甭想過去了!”
想拯救我們可憐的小線蟲,就只能增加維度了。點動成線,線動成面。
此時,我們來到了二維世界——平面。
小線蟲也已經由一維生物進化為二維生物。它不僅可以前後運動,還能左爬右挪。當它再次面對天塹時,直接從旁邊繞過去就行了。這次小線蟲捕獲獵物不費吹灰之力。
我們的小線蟲戀愛了 ,女方叫萍萍。
一天,小線蟲如往常一樣出門去約會。突然,平面上出現了圓形的大窟窿。可憐的小線蟲,繞呀繞,費了老半天的時間,才繞過窟窿,抵達萍萍家裡。面對萍萍的一通埋怨,小線蟲也是有苦難言。自從,出現了這個圓形窟窿,小線蟲每次出門都費老大的勁了。小線蟲仰天怒吼:“為什麼世界會塌這麼個大窟窿,我這輩子都耗在這窟窿上了。我的萍萍啊!”
為了拯救這段愛情,就只能增加維度了。點動成線,線動成面,面動成體。
此時,來到了三維世界。
小線蟲進化為和我們一樣的三維生物了。小線蟲不僅能前後、左右移動。它還能上下蹦躂。
當它去萍萍家約會時,面對門前的大窟窿。我們的小線蟲身體蜷曲成個“S”形,後肢猛然用力,縱身一躍,成功越過了以前要費半天時間才能繞過的窟窿。
故事的結局,小線蟲和萍萍幸福地生活在了一起。
果然,增加了一個維度。我們簡直如有神助。那在我們之上的四維空間是怎樣的呢?
一條直線是一維的,一個正方形平面是二維的,一個正方體是三維的。其實低維度就是高維度的投影。想象我們在陽光下放一個正方體,地上會出現一個正方形的陰影。由此,我們往上推理。三維空間的正方體是四維空間的物體的投影。科學家把這種四維空間的物體稱為超正方體(超立方體)。
超正方體,在幾何學中是立方體的四維類比。是四維凸正多胞體,有八個立方體胞。
我們普通人想要理解四維空間確實很困難。科學家研究高維空間都是以數學作為工具。
舉個例子吧,在古代我們面對一座大山,想要透過,只得繞很遠的路。此時,假設我們的小線蟲已經進化為四維生物。當它想透過此山,小線蟲只需蜷身一躍,然後消失在我們眼見。瞬時,小線蟲出現在了山的另一邊。它已從更高的維度輕鬆“跳”過了大山。
現在最前沿的大一統理論非弦理論莫屬了。該理論認為宇宙有十一維。只是其他維度蜷縮得十分厲害。我們難以察覺。目前,人類最先進的儀器能夠探測到一百億億分之一米的結構。若是維度再蜷縮得小些,我們也無能為力了。
科學家猜測,引力為什麼這麼弱,暗物質的所在,量子糾纏真正的原因都和維度有密不可分的關係。
我們前文提到的都是幾維幾維的空間。在愛因斯坦的相對論中,他把宇宙看成是三維的空間加一維的時間,構成的四維時空。我們都生活在三維空間加一維時間的“統”中。而且,時間維只能前進不能後退。
許多年後,小編已是滿頭白髮的老人,正坐在藤椅上小憩。突然,我們的老朋友小線蟲來探望我。此時,它已經化繭成蝶,進化為五維時空的神獸。它不僅可以隨意跨越空間,還能根據自己的意願調整時間線。
一通寒暄後,小線蟲埋怨道:“龍仔,你不地道呀,我到現在才知道,我年少時,去捕食的“線路”是你截斷的,門前的大窟窿也是你弄的。不就是想研究低維度生物的生活習性嗎?也不至於這麼坑人吧?”
聽到這話,小編頓時啞口無言,好半天才擠出幾個字:“線蟲兄,這個……這個……”
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