爱因斯坦也曾经提出过一个意义深远的问题这个世界为什么是三维

多维世界中的生命
爱因斯坦在1914年科学院举行的一次演讲之后,一个在大厅中的记者趁休息时向他提出一个意义深远的问题:“为什么我们的世界是三维的?”


爱因斯坦像平时在这

本文最后更新时间:  2023-03-01 03:02:40

多维世界中的生命

爱因斯坦在1914年科学院举行的一次演讲之后,一个在大厅中的记者趁休息时向他提出一个意义深远的问题:“为什么我们的世界是三维的?”

爱因斯坦像平时在这种场合中一样,喜欢用一句玩笑话来回答,他的回答翻译过来是这样,“因为上帝喜欢三位一体”,于是他建议可以去求教此问题的大专家麦克斯·布兰克。

布兰克对这个问题的看法也是很著名的,“在自然界中有很多作用力,正如我们所知,它们属于可逆乘方定律,我们在这种情况下尤其要看到我们空间三维性的自然结果,凡懂得物理学的人都会接受三维空间这个事实,我们大可不必为我们的空间不具有四维或更多维的问题而自寻烦恼”。

总之,我们的世界自混沌初开之时就是如此。不必在这个问题上浪费脑筋。

其实,布兰克并没有说出任何新的东西,除了空间维数和作用力与距离的平方成比例之外,实际上是重复了亚历斯托德尔对此问题的见解:“我们从自然数中取一个数字,同时把这个自然数作为我们的领导,没有任何思想地在思考着,为什么物质世界恰恰是三维的呢?”

我们周围世界与生俱来的三维性先是哲学,而后是物理学的基础,甚至在耶稣教徒A.鲍里安(1761年)的物理词典中我们也能遇到下列定义:“物理这是一门由物质所具有的其自然形态,或者说,具有长、宽、高的物体的科学。”可以看出,是上帝从自己的身体上取下他的长、宽、高,也就是说,他希望以此阻止物理学的发展。我们相信,上帝无所不能,然而我们作为物理学家要放弃研究这样的问题,丧失自身的维数和只保存必要长度的身体,较之物理学这更像是形而上学。

对于耶稣教徒的言论应值得十分注意,作为物理学家他在该问题上与宗教势力划清界限。

但是,著名的德国哲学家伊曼努依尔·坎特(1724年-1804年)在我们世界的维数问题上引导上帝做最后的陈述:“如果有可能存在着其他维数的空间,那么说不定,真的是上帝在某处已把它们排列好的。”

然而,从爱因斯坦在科学院所做演讲之日起整整过去了90多年,物理学界剽窃成风,隐瞒“维数”存在的思潮就是其中之一,真正在认真工作的只有瑞曼、卡路茨、拜尔、克莱因和其他著名的物理学家以及数学家,他们是我们这个世界多维物理学的先驱。当这种风气平息下来之时,让我们对多维性,以及多维世界中存在生命的问题做出基本分析。

现代飞碟专家们凭空地证明,外星人从行星上或从位于更高维的世界降临到我们的地球上,

从科学的观点来讨论这些主张似乎没有什么前途。现代数学却能轻松解答任何维数的世界,而基础物理定律在那里却成为过时的东西,仅仅对被叠加数做出适当的表述,就可以阐释任何维数世界中的东西,也包括生命(当然,是在类人的观点中,因为我们暂时还不知道其他有理性的物体)。

让我们取出鲍尔·爱林费斯特著名的《为什么空间是三维的?》一书来看一看,如若我们的世界的维数多于或少于三维的话,它将会是什么样子,这对于论证维数行星系存在的可能性问题非常有用。这些论断不是抽象的,因为如果相信耶稣教徒鲍里安认为上帝可以轻易创立任何维数的世界,那么他也可以在任何地方创造自己的生物。

我们从一维世界开始,在一维世界中引力不是由距离决定,这儿的质点可以像钟摆一样,用任何的作用力都无法使它逃之夭夭,作用力仅仅增大了质点摆动的幅度。相同的情形在两维世界中也可以看到。

在我们的三维世界中,众所周知,物体的运动相对于作用力的中心可以是双向的,它可以沿着圆形或者椭圆形的轨道运动。

在四维和更高维世界中行星系的存在原本是不可能的,它或者落入引力中心(如太阳),或者脱离引力中心而不知所终。

在其他维的世界中物质的性质也同样发生着根本的变化,让我们来看一个最简单的情形——氢原子,在一维和两维世界中电子永远被锁定在原子上,因此用任何作用力都不可能把它变为自由状态。

相反,在四维和更高维世界中氢原子根本就不可能存在,因为电子不可避免地要落到原子核上。在这些世界中压根儿就没有我们熟知的物质,所以可以大胆地认为,在它们中存在着类似于我们的生物是根本不可能的。

当时,苏联著名的学者认为,“坎特他误解了,当他认为上帝在创造我们的世界前可以选择任何一条定律时,也可以选择任何的空间维数”。话又说回来,坎特的上帝应当先进行相应的数学计算,然而,我们世界三维性的未知理论给了我们这个结果吗?实际上,我们完全不清楚,为什么世界恰巧是它应该存在的那种形式,为什么其中一定应该有稳定的行星系,包括我们自己的太阳系呢?

很遗憾。人们拥有类人性,或者说希望用人的尺度测量一切的想法,它迫使我们相信世界存在着某种完全无法想象的事物。于是,正如我们所看到的,事物不仅在稳定的行星系存在,而且也在稳定的其他物质中存在。当然,不能否定在其他维数的世界中存在着我们完全陌生的智慧,然而有一点是清楚的,这些多维世界应比我们的世界更加缺乏秩序。

不但如此,从我们的三维观点出发,我们可以规定四维世界中存在智慧生命的几率。虽然在理论上发明出多维世界,比如著名的苏联飞机设计师和数学家罗伯特·巴尔迪尼提出一个带有三维空间和三维时间坐标世界的理论,分析波的方程式表明,纯粹的波不能在偶数维度空间中传播,在波的后面必定会出现被称为“反射”的扰动。

分析这个问题时,数学家G.J.维特洛夫于1955年得出一个不能令人满意的结论,高级形式的生命不可能存在于偶数维度的空间中,因为有机体为了一致作用,有效的传播和对信息的加工是必要的。

有的时候,诗人们也会提出一些复杂的物理问题,我们甚至还记得根特的《福斯塔》,而且我们随时都能回想起它,因为它说的就是来世的事。

谁在那里,在那深邃的天空?

他们是否也有爱与仇?

在那陌生的世界中。

就像这个世界呢?

按照当代最具推动力的自然科学家的观点,人具有三维的肉体和以前被称作灵魂的能量体,它既具有渡的本性,同时还应具有确切的稳定性,而不是像电磁波那样以光速向四面飞散。为了绕过这个矛盾,一些该思想的赞同者追随20世纪初的神学家的观点,认为任何一个孤立的三维系统,比如,一个封闭的房间,被用更高一维打开,于是它里面的居民就可以随意出现和消失,正像一些目击者所证实的那样,出现了幽灵以及飞碟乘员。

但是,因为能量体属于高级智能,故维特洛夫对其加以禁止:它不能存在于四维世界和任何有思维的偶数维度世界中。

虽然物理学家认为目前研究多维问题遇到很大麻烦,但是理论揭示应当在哪里和如何寻找到它,如果它一旦被发现,那么多维性的问题必将是最重要的物理发现,而现在只能让我们同诗人一起长叹:

长、宽、高,

只是三个坐标。

通向它们的路在何处?

门闩已被插死……

佛、道两家的世界观都提到了另外空间的存在,比如三界之内有很多层“天”,并且修炼有成就的人可以“跳出三界外,不在五行中”。还有许多杂志报道的人体特异功能现象,例如从密闭的容器中取物等等,研究者往往认为这些现象是突破我们现有空间的结果。当然也有许多人不相信,认为另外空间只是凭空想象,因为它们看不见、摸不着,连最先进的科学仪器也探刺不到它们的存在。然而,科学家们的思想往往是超越人类现有知识的。他们认为,看不见、摸不着、现代科学仪器探测不到的,并不能证明不存在,也可能是目为这个仪器还不够先进。在现代物理学研究中,为了能够把万有引力和其他基本作用力统一起来,一些理论物理学家提出,我们这个宇宙可能只是多维空间的一个层面(膜)。基于这个“膜世界”的概念,科学家们试图把万有引力和其他基本作用力统一起来。多膜理论以及超弦理论都认为宇宙不只是长宽高和时间四个维度,还有其他维的存在,而膜理论更明确假设有其他的膜世界的存在。

爱因斯坦认为我们目前存在于三维空间,你的想法是什么?

爱因斯坦作为人类历史上伟大的科学家,他的量子理论和相对论,对人类来说影响深远。
在爱因斯坦留下的观点中,爱因斯坦认为人类目前是处于“三维空间”当中,这是怎么回事呢?

首先,需要了解到底什么是“三维空间”?
有三维空间,那就肯定有一维空间、二维空间等等,简单来说,一维空间是指点,二维空间就是属于平面,而三维空间是属于立体。
爱因斯坦的相对论当中提到了,人类的生活方方面面都是处于三维空间当中,但是如果再加上时间构成,就将构成为四维空间,四维空间是属于“时空”。

换句话来说,人类生活在地球当中,时间的流速是一定的,但人类并不会感觉到时间的飞速流逝。可是,如果人类进入到外太空世界呢?这个时候所处空间的参照系开始变化,时间界限开始模糊,在太空中的速度常以光年作为参照系,而这个时候就可以明显会到时间的变化,如果在乘坐太空飞船里航行,在宇宙中发现生命居然比在地球上要长很多,这就是四维空间当中时间的概念。


他们之间的不同是参照物的不同,一维空间的参照适点,二维空间以线作为参照,三维空间以面作为参照,而四维空间就是以“时间”作为参照,现在还有很多科学家们推测出五维空间,而五维空间的存在与否,以现如今的人类科技水平还难以被证实,但是科技突破就是要去大胆猜测,现在出现在生活当中的“五维空间”概念基本上都是在一些科幻小说当中,比如说黑洞、虫洞之类,时间这一参照也在压缩,奇妙无比。

听说过很多比较玄幻的“新闻”,难以辨别其真假,一架飞机正常航线,突然与地面人类失联,消失的无影无踪,十几年后它出现了,神奇的是飞机上的人称自己只是正常的飞机航行,并没有遇到特殊情况,他们容颜依旧,但是地上的亲人们却在这十几年里变老了,是不是是他们无意之间进入到“五维空间”了呢?

请专业的朋友详细明了的介绍一下三维空间,四维空间和爱因斯坦相对论的关系。谢谢!

四维空间概念
四维空间是一个时空的概念。简单来说,任何具有四维的空间都可以被称为“四维空间”。不过,日常生活所提及的“四维空间”,大多数都是指爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。根据爱因斯坦的概念,我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系,是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又加了一条时间轴,而这条时间的轴是一条虚数值的轴。
根据爱因斯坦相对论所说:我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。由于我们在地球上所感觉到的时间很慢,所以不会明显的感觉到四维空间的存在,但一旦登上宇宙飞船或到达宇宙之中,使本身所在参照系的速度开始变快或开始接近光速时,我们能对比的找到时间的变化。如果你在时速接近光速的飞船里航行,你的生命会比在地球上的人要长很多。这里有一种势场所在,物质的能量会随着速度的改变而改变。所以时间的变化及对比是以物质的速度为参照系的。这就是时间为什么是四维空间的要素之一。
解析四维空间
什么是四维?现在的说法是三维空间加上时间这一维,构成所谓的四维空间。然而,这种说法是一击即破的。为什么?
我们可以从二维来考虑。一个二维生物(如果有的话),他们考虑所谓的三维空间绝对和我们的三维空间不同——他们会把时间作为第三维,因为他们无法感受这一维的存在。同样,我们现在也走进了这个误区,把时间算做第三维。可能四维生物看到我们在宣扬这种思想时,也在为我们叹息。那么时间算不算一维?在我看来,时间应该是一维,即在多维生物本身的维度之外再加一维,构成新的N+1维空间,而且这样也有助于帮我们解决一些问题,也可以使我们对比三维维度更高的空间加深认识。
有一个更新的构想,即所有的维度都是由时间构成,没有时间,就没有空间,包括最基本的一维空间。这应该好理解,因为没有时间,空间本身的存在就没有任何意义,因为时空本身就是不能分割的整体。那么,为什么一种时间可以形成不同的维度空间?这里,我们可以把时间看成是一种可以分解的常量。时间可以分解,这一句话理解起来可能有点困难。但是,只要想通了道理也是很简单的。要明白这个道理,首先必须了解两点。第一是时空的不可分性,这一点估计大家都明白,离开了空间谈时间,或者离开了时间谈空间,都是毫无意义的。第二点是时间的多样性,这一点了解起来可能有一点麻烦。在日常生活中,我们接触到的都是时间的合成体,也就是各个分时间有机结合形成的一个总的时间体系。可能你们会觉得我是在狡辩,其实不是。只要你们换一个角度去想,一个结果,可能是几个不同的原因形成的。就拿运动来说,我们观察到的一般都是几个不同运动产生的一种运动的结合体,即合运动。关于时间,我们也可以这样去想。我们看到的时间结合体,可以是由物体运动的时间,历史时间(即经历时间)和其他的一些时间构成。而运动时间,我们又可以看成由上下运动的时间,左右运动的时间和前后运动的时间。当然,划分方法是多样的,这就构成了时间的多样性,至于如何去划分,这就要由不同的情况而定。一部分时间对应一段空间。在这个不完整的空间里,时间起到了决定性的作用。
我们之所以是三维生物,是以为这个维度的空间里只存在三维的时间。时间的不完整决定了空间的不完整。我们不能认识其他维度的空间,是因为我们不具备在那个空间里面运动的时间。时间的多样性决定的空间的多样性。同时,因为时间的不同分解方式,注定了我们的三维空间也是相对的,它可以被命名为一维,二维,甚至是任意维——完全取决于不同的分解方式。时间是决定维度的关键,同时,它也是决定低维物体高维存在方式的关键。
让我们看看科学上的说法:低维是空间上读缺陷,它们不具备在高维世界内运动的空间。关于这一点,有一个疑问,那就是我们怎么可以发现这个缺陷。我们认为的低维不存在某一个空间长度,是因为我们无法确定它有那一个长度,也就是我们现在用最好的设备也无法观察到那一个长度差。那么,将来呢?我们现在无法认证,可能将来会有人证明那个低维物体确实属于高维。因此,低维与高维并不存在所谓的空间差。那么,我们如何区别高维与低维?很简单,用时间。用时间去解释任何一个纬度空间,我们也可以认为,低维之所以比高维低级,是因为它们存在时间上的缺陷,它们无法在时间范畴内感受高维的存在。所以,我们要去了解低维或者高维,先要知道它们存在的时间范围。高维与低维之间可以实现转化,道理是很简单的,只要加入或者去掉一个时间单位就可以了。然而说起来很容易,做起来却很复杂,我们对时间的概念都是如此模糊,要想在空间范围类实现时间的转化就更困难。
对四维空间,一般人可能只是认为在长、宽、高的轴上,再加上一根时间轴,但对于其具体情况,大部分的人仍知之甚少。有一位专家曾打过一个比方:让我们先假设一些生活在二维空间的扁片人,他们只有平面概念。假如要将一个二维扁片人关起来,只消用线在他四周画一个圈即可,这样一来,在二维空间的范围内,他无论如何也走不出这个圈。现在我们这些生活在三维空间的人对其进行“干涉”。我们只需从第三个方向(即从表示高度的那跟轴的方向),将二维人从圈中取出,再放回二维空间的其他地方即可。对我们这些三维人而言,四维空间的情况就与上述解释十分类似。如果我们能克服四维空间,那么,在瞬间跨越三维空间的距离也不是不可能。
物理世界的四维空间
在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义。
四维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知。我在一个帖子上说过一个例子,一把尺子在三维空间里(不含时间)转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的。四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系。
四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量(或能量)并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大。在四维时空里,质量(或能量)实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢。另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等。值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的。可以说至少它比牛顿力学要完美的多。至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑。
在狭义相对论中,时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空,能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。在今后论及广义相对论时我们还会看到,时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。
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