克萊因瓶詮釋了四維空間的存在,那么宇宙中真的有無數個世界嗎?

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用戶回答1:

謝邀!

沒錯,克萊因瓶詮釋了四維空間的存在,那么宇宙中真的就有無數個宇宙。

1882年,德國幾何學家菲利克斯·克萊因(Felix Klein)首次提出克萊因瓶:它是一個沒有定向的拓撲空間。詞條上的描述是在一個瓶子底端有個洞能延長至瓶頸,并能彎曲到瓶內,與底部的洞相通。如果瓶頸不穿過瓶體,那么就像一個游泳圈的環面,但它只有一面。這種瓶子沒有邊,如果一只蝴蝶能從內部飛到外部不用穿過瓶體。它能裝下無窮盡的水,就像中國神話里的“凈瓶”。


可它存在于四維空間,三維世界里不會有這樣的物體。就像一個立體球體無法變成一個平面的圓。

“克萊因瓶”的發明證實了四維空間是存在的,既然有四維空間,假設的多維宇宙理論也會存在了?

個人認為,克萊因瓶只能證明四維空間,跟多維宇宙是沒有聯系的。要證明多維宇宙的是超弦理論,那是一種新理論。

因為克萊因瓶在三維世界里的人類來看,是個沒有邊的,但如果在四維空間里的生物來看它可能就會有邊,并且可以改造成三維的杯子或五維物體,就像《三體》里的降維打擊。

三維世界里的克萊因瓶是無法裝水或東西的,它只是科學家的思想實驗。

隨著人類對宇宙研究的深入,發現宇宙中還有很多人類未知的世界,或許我們并不是生活在單一的宇宙,而是在多個宇宙中生存卻不自知。就像一句老話說“魚生于水而忘乎于水”。

用戶回答2:

問題本就是不嚴謹,就是矛盾的。并不是克萊因瓶詮釋了四維空間的存在,而是四維空間是克萊因瓶存在的基礎。只有四維空間存在,克萊因瓶才有存在的可能,如果沒有四維空間,就談不上克萊因瓶。

克萊因瓶,是一種瓶口與瓶底相連的瓶子,不是在三維空間相連,而是穿過四維空間相連。由于在三維空間里不可能描繪出如何穿過四維空間的,所以現實中只能用與自身交叉的方式穿過自身讓瓶口與瓶底相連。

現實中買到的所謂克萊因瓶,只是只不過是復雜一點的瓶子罷了,與所謂的“克萊因瓶”沒有任何關系。

那么四維空間真的存在嗎?我們不知道,四維空間只是數學上的一種概念和假設,假設存在第四個維度,同時垂直于長寬高(不是指時間這個維度),對于生活在三維空間的我們來說,無論如何都很難想象這樣的維度是如何存在的。

如果說連四維空間到底是什么,到底存不存在都不確定,就更談不上什么克萊因瓶了。即使存在四維空間,也并不意味著宇宙中真的有無數個世界。宇宙的浩瀚遠非我們想象的,存在太多的奧秘等著我們發現。比如說暗物質和暗能量,目前人類幾乎一無所知。

而對于人類來說,本身就是三維空間的產物,意味著即使存在四維空間或者另一個世界,人類也是永遠無法到達那里的,我們只屬于三維空間!

用戶回答3:

克萊因瓶詮釋了四維空間的存在,那么宇宙中真的有無數個世界嗎?

這個問題到目前還沒有確切的答案。克萊因瓶確實詮釋了四維空間的存在,但是克萊因瓶在我們的三維空間中連個模型都造不出來,所以,要想造出真正克萊因瓶,也就沒法實現了。雖然某寶上有克萊因瓶出售,也只是勉強將就算是克萊因瓶,滿足三維空間的我們對于四維空間的理解和認知。

先看一下克萊因瓶是如何詮釋四維空間的。

克萊因瓶最初由德國幾何學大家菲立克斯·克萊因提出的,所以以他的名字來命名,而這種讓人乍一眼看上去覺得線條還挺柔美的瓶子,其實仔細觀察你就會發現它的不科學之處,因為雖然在這個瓶子的底部有一個洞,但瓶子的頸部延長伸進了瓶子內部,最后和這個洞相通,如圖。

其實用提出者菲立克斯·克萊因的話來說,這個瓶子的瓶頸是穿過了第四維空間再和瓶底相連的,并不是我們看到的簡單地穿過瓶壁。

克萊因瓶是一個在四維空間中才可能真正表現出來的曲面。如果我們一定要把它表現在我們生活的三維空間中,我們只好將就點,把它表現得似乎是自己和自己相交一樣。

說白了這個看起來像瓶子的物體其實只是三維空間中的曲線,它并不和自己相交,而是連續不斷的一條曲線。簡單地來說,就是這個瓶子沒有“突破口”,所以它的表面不會終結,但又沒有內外之分,任何一只小飛蟲都可以從瓶子的內部直接飛到外部而不用穿過表面。

克萊因瓶只是一個瓶子而已,相交的那里只有在第四維里才能分開,準確的說我們看到的克萊因瓶是四維物體在三維的投影.或者說克萊因瓶只能嵌入四維(或更高維)空間。

把一條紙帶的一段扭180°,再和另一端逆端粘起來就得到一條莫比烏斯帶的模型。如圖。

如果我們把兩條莫比烏斯帶沿著它們唯一的邊粘合起來,你就得到了一個克萊因瓶。當然不要忘了,我們必須在四維空間中才能真正有可能完成這個粘合,否則的話就不得不把紙撕破一點。

在平面上一條曲線自然做不到這樣,但是如果有第三維的話,它就可以穿過第三維來避開和自己相交。只是因為我們要把它畫在二維平面上時,只好將就一點,把它畫成相交或者斷裂了的樣子。

同樣地,如果把一個克萊因瓶適當地剪開來,我們就能得到兩條莫比烏斯帶。除了我們上面看到的克萊因瓶的模樣,還有一種不太為人所知的“8字形”克萊因瓶。它看起來和上面的曲面完全不同,但是在四維空間中它們其實就是同一個曲面。

在三維空間制造克萊因瓶的難度就如同在二維平面上造出一個球體一樣,如果不進入三維空間,球體在二維的平面上是根本不可能實現的。同樣不進入四維空間,真正的克萊因瓶是無法造出來的。

克萊因瓶是四維空間或者更高維度空間的產物。所以在我們三維空間里,是無法造出來的。

四維空間究竟存不存在,科學家早已做了很多的研究。霍金的作品中有涉及到四維空間的理論。在他看來,四維空間就算是存在,也是極其的不穩定的,它不像我們的三維空間這樣受到長寬高的限制。

直到現在,四維空間依然沒有被真正發現,所以更高維度的空間也就無從知道是否存在,也無法看到。宇宙中到底有沒有無數個平行世界,也就沒有確定的答案。










用戶回答4:

四維空間的構想有可能存在,但是它就跟我們古代對神仙的猜想一樣,都感覺應該有,但是誰也發現不了,誰也不能讓大家發現他們,僅僅只能停留在猜想階段,如果真的有四維,那么只會是在三維的基礎上,并且改變不會太大,因為二維到三維的解釋并不算太過高難,那么相應的三維到四維,只會發生質變,對于主體世界本身并不會改變太大,就跟打開了視野一樣,你可以看到更多東西,發明更多更先進的武器,但是對于人體本身,和地球本身,并沒有什么太大改變,頂多醫療技術強了壽命延長一樣,但是對于外空來說,走得太遠并不一定是好事,萬一回不了家呢,銀河系僅僅一百多億年,地球四十多億年,而且銀河系還是處于初期發展階段,外空有可能無窮無盡,那么它們的壽命得多長?智慧生物又會是什么樣?牛看到了人類,想跟人類做朋友卻被人類用來馴服耕地,狗想跟人類做朋友被馴服看家,我們想跟外空生物做朋友在沒有達到很高很高的技術要求時,不要輕易嘗試,除非拿著全球的未來賭,賭外空不會毀滅我們,最多只會奴役我們,這是最好的結果了,嚴重的話,直接就給我們弄成塵埃,地球將沒有未來,沒有可能,物競天擇,適者生存!

用戶回答5:

克萊因瓶可以讓我們更好的理解四維空間,數學上也允許四維空間的存在,甚至M理論還主張宇宙是11維度的,在此之前的弦理論認為宇宙是25維的。所以說這些都是數學上的游戲,目前沒有任何證據表明四維空間的存在。它展現的是在二維空間上可以實現向任何方向運動最終都可以回到原點的性質。但是莫比烏斯環卻只有在三維空間中才可以呈現,克萊因瓶類似可以實現在三維空間上向任何方向運動都可以回到原點。但是真正的克萊因瓶只能在四維空間中可以實現。

用戶回答6:

如來宇宙直徑(7)

2018.5.6統計:

我們的宇宙----"如來宇宙"由于前階段非常努力地大力奪取許多個外宇宙精華,從而導致"如來宇宙"直徑己經爆漲到336421.6742億光年.

最初"如來宇宙"創造成功后的直徑僅有5000億光年.

我們宇宙里存在的星系數量也就上漲達到64272761.56384189億個星系.

現今"如來宇宙"的自轉的轉速己達到96.38765萬億公里/分鐘.

最初"如來宇宙"的自轉的轉速達到7000億公里/分鐘.

2018.5.4起全天下共劃分有108x2N個宇宙.大多數宇宙直徑是5000億光年左右.

我們宇宙每400億年就是一次小輪回,每6000億年就是一個大輪回.我們現處于第三次大輪回中的第15次小輪回的第193億年時代.即還有207億年后這次大輪回才結束而進入第四次大輪回的第一次小輪回的進化之中.

全天下共有108x2N個宇宙存在,均各自不斷輪回進化之中.

用戶回答7:

這個問題我沒有肯定或否定的答案,因為這是一個目前無法得到事實驗證的問題。我試著從兩個層面對這個問題進行自己的分析,提供給讀者,以期拋磚引玉:第一個層面,目前全球頂尖宇宙學家、科學家的看法;第二個層面,數學角度的可能性。

第一,全球頂尖科學家的看法:存在

1.愛因斯坦:早在一百年前,世界上著名的物理學家愛因斯坦就曾經提出宇宙不止是三維世界那么簡單,雖然我們目前是生活在三維的世界中,但是這只是宇宙的一個小分支,宇宙可以延伸到四維五維以及最高的十一維,因為在這些時空中就是根本不會相互作用,而是一種跟平行宇宙一樣的存在結構,各自獨立在宇宙中形成。所以,目前你所處的世界根本不是唯一,而是還有其他的世界。

在相對論中,我們都知道時空是構成宇宙的元素,也就是宇宙就是時間空間的組合體,在不同的星球之間就會在萬有引力的作用下,出現時空扭曲的作用,將時空扭轉為多維宇宙時空,跟扭曲程度的大小完全取決于所受到的萬有引力的大小,引力越大,時空就會被扭曲得越夸張。

愛因斯坦認為時空在引力的作用下,是可以彎曲的,一般來說,當體積是固定的,質量越大,引力有越大,那么所產生的時空彎曲現象也就越嚴重,在特定的條件下,當物體加速運動發生了曲率變化,那么就會以波的形式向外進行一種傳播,這種傳播形式,就是愛因斯坦生前曾預言過的引力波。在2015年9月,位于美國的1臺引力波探測器第一次檢測到了一個引力波信號,此后,在同年的12月,又再次檢測到了引力波信號。而在對外宣布的報告中,科學家表示,人類檢測到的引力波信號是來自雙中子星合并,這也預示著人類在天文探測的道路上,更近了一步,可以說是人類科學史上的又一座里程碑。對于人類來說,之前有一個問題一直困擾著我們,就是科學家們認為宇宙存在多維空間,人類生活在三維空間,這種說法究竟準不準確,簡單來說,就是多維空間處在的可能性有多大。而通過引力波的問世,很多科學家都認為,或許引力波可以證明多維空間的存在,這也從側面證實了愛因斯坦又一次預言成真。

中子星合并產生引力波

黑洞合并產生引力波

北京時間2016年2月11日23:40左右,激光干涉引力波天文臺(LIGO)負責人、加州理工學院教授David Reitz在發布會上宣布,人類首次發現了引力波。

在被預言將近百年、苦苦追尋幾十年之后,首個位于地球之外13億光年的引力波源GW150914被人類直接探測到,這是一個值得紀念的偉大時刻,一個新時代的序幕正在拉開——地球人,歡迎你來到引力波時代!

激動人心的發布會結束了,其重點內容可以被簡單歸納為三點:

(1)引力波終于被探測到了。

(2)引力波產生于兩個恒星量級黑洞的合并(merger)。

(3)引力波是美國的激光干涉引力波天文臺(英文簡稱LIGO)發現的。

全球引力波天文臺分布

接下來,讓我們逐個分析和解釋一下以上三點,從而對這項具有劃時代意義的科學發現做一個稍微深入的了解:

天外飄來引力波

對于“波”,我們并不陌生,生活中時常會聽到無線電波、電磁波、聲波、光波等等,引力波也是波的一種。既然稱之為引力波,它必然與引力有關。所以,在更深一步了解引力波之前,我們需要了解一下人類對于引力的認識過程。17世紀末的物理學家牛頓看到了下落的蘋果,意識物體之間普遍存在的一種力,稱之為“引力”,并且將其數學化,這就是我們熟知的萬有引力。萬有引力認識的精髓是物體質量的存在導致了引力,這在牛頓之后的兩百多年里被認為是宇宙間的絕對真理。直到1905年狹義相對論發表,再到1915年廣義相對論的發表,愛因斯坦提出了一種完全不同的對于引力的看法,引力是因為質量對于時空造成了變形所導致,而非質量之間的吸引。這就意味著,我們時空可被當做一種可以變形的介質來認識。所以引力波,簡單來說,就是時空自身的波動。相比較我們熟知的無線電波(或者電磁波),它僅僅是在時空之中傳播的,時空是它的媒介。人們常說“星辰大海”,如果將時空視作海洋,那么天體就如同海洋生物一般。可以想象,如果大海中的某個生物搖了搖尾巴、或是晃了晃頭,海水由此所產生的波動就會向外傳播。與此類似,宇宙中某個天體的劇烈活動,會對所在的時空產生擾動,時空自身的波動也會向遠處傳播,如果足夠強,就能夠為地球上的我們所感知。

在引力的世界中,我們的宇宙通常是平靜的。可是在北京時間2015年9月14日17點50分45秒,地球上的LIGO探測器卻探測到了來自于宇宙深處距離地球13億光年之外的一場引力風暴,來自于一個雙黑洞系統的合并,以它的探測日期命名為 GW150914。

兩個黑洞的“火并”

此次發布會的另外一個亮點就是雙黑洞。這也是人們首次直接發現雙黑洞,這兩個黑洞的質量分別為26和39太陽質量,屬于恒星級黑洞。或許你已經聽膩了黑洞,生活中時不時的會聽到某某黑洞爆發了,某某黑洞吞吃恒星了等等。但是這此發現卻有些不同,兩個天體都是黑洞,互相繞轉,最后合并。這聽起來像是一場黑吃黑的火拼,甚至有點兒像港片里熟悉的火爆場面。黑洞合并產生了非常強烈的時空振蕩,所以我們遙遠的地球才觀測到了。黑洞通常認為是大質量(超過25個太陽質量,請注意這是前身星的質量)的恒星在其演化的最終階段,恒星中心會形成我們了解的恒星級黑洞。它們的質量通常預計在3個太陽質量到100個太陽質量之間。因為黑洞本身沒有任何的輻射(不考慮量子效應下的霍金輻射,它的電磁輻射也是異常微弱),所以我們不能直接看到黑洞。我們的銀河系或者其他類似的星系當中當中,每個星系都預計存在著上千萬個恒星級黑洞,但是絕大多數的黑洞都是孤獨存在的天體,如同幽靈般,沒有任何輻射或者輻射及其微弱,所以很難被看到。

當物體接近黑洞,無論多么小的自身質量的黑洞,它扭曲了空間和時間的黑洞強大的引力下,與物體所處的時空在黑洞被吸入。如果我們想突破三維空間中的三維世界,當前的方法應該是扭曲黑洞時空并到達另一時空。

那么黑洞吸入的物體在哪里呢?根據目前對黑洞的研究,科學家們普遍認為,當物體進入黑洞,物體將到達另一個時空,即所謂的時空穿梭,因為此刻它進入黑洞的洞,他們被強烈吸引,吸進黑洞里面的深淵,然后里面發出比太陽更耀眼的光線,從光明到黑暗,他們來到了另一個空間和時間,這就是科學家所說的平行世界。

電影《星際穿越》海報

有的黑洞處于雙星系統當中,而且另外一個天體是正常的恒星(也稱之為伴星)。在這種情形之下,黑洞會從正常恒星上吸積氣體,在其周圍產生一個吸積盤,以至于某些時候吸積氣體的量過多,不能被黑洞直接吞掉,這時還會沿著黑洞的兩個轉軸將多余的氣體拋射出去,從而產生非常壯觀的噴流。正是因為吸積盤和噴流的存在,他們都能夠產生我們非常熟知的電磁輻射(也就是有我們熟知的光子產生),從而我們利用傳統的探測方式,比如地面或者太空的望遠鏡,就可以間接地探測黑洞的存在。大約在50年前,人類就是利用此方法發現了第一個黑洞候選體,天鵝座X-1 (Cygnus X-1)。在1974年,地球上兩顆聰明的大腦、理論物理學家霍金和好朋友基普·索恩就這個候選體是不是黑洞而打了個賭,他們以一年的成人雜志《閣樓》作為賭注。后來的觀測是利用天鵝座X-1中的伴星運動測得了黑洞質量,大約為15個太陽質量,從而霍金認輸并且在兩人的賭書上簽名按上了自己的手印。基普·索恩從那時起就贏了。對于雙黑洞系統,他們幾乎不會產生能夠為傳統方式所觀測到的光子。所以,即使它們存在,僅憑借傳統的觀測方式,我們也無法發現他們。況且,很多的人都懷疑它的存在。但是,在雙黑洞繞轉,尤其是合并之時,會產生很強的引力波。只要引力波探測器足夠靈敏,我們就可以發現它們的蹤影。面對大家的懷疑,LIGO的發現用事實證明了它的存在。而此次發現引力波的天文臺的創建人之一就是基普·索恩——索恩教授又一次贏了!

引力波為黑洞做名片

在觀測到了完整的引力波形之后,利用一種叫做匹配濾波(waveform matching)的方法,理論上就可以推斷出系統的性質信息,包括合并之前和之后。比如,對于雙黑洞系統,可以推斷出合并之前的黑洞質量,自旋和軌道,以及合并之后的質量和自旋。此次新聞發布會中所提及的引力波事件,就得到黑洞的質量在合并之前是26個和39個太陽質量,合并之后是62個太陽質量(合并之前的兩個黑洞自旋參數值限制的并不是很好),合并后黑洞是一個克爾黑洞,其自旋參數值為0.67。

你或許會有疑問,合并之后怎么少了3個太陽質量,它跑到什么地方去了?引力波也是攜帶能量的,在黑洞合并之時,它的形狀非常不對稱,不是我們看到的單個黑洞的球形,所以在振蕩恢復的過程當中,一部分質量就通過引力波的方式輻射出去,從而為我們所接收。合并的時間非常之短,僅僅在大約0.05秒的時間,就將3個太陽質量(大約6.0E30公斤)的能量就通過引力波的方式釋放出去,也就是說在一秒鐘可以釋放出大約10^32公斤的能量。相比較之下,我們的整個宇宙包含了大約1.0E22個太陽,而每個太陽每秒鐘向外輻射大約4.0E9公斤的物質能量,所以黑洞合并的最后釋放出比整個宇宙每秒鐘輻射出的電磁總能量還要高出3倍。

我們注意到,合并前黑洞的質量為26個和39個太陽質量——這兩個質量都比目前已知的恒星級黑洞要重許多。我們現在已經確認了大約20多個恒星級黑洞,最重的恒星級黑洞位于M33 X-7系統中,為16個太陽質量。而其它所有確定的黑洞質量均比這個小,大多數是七八個太陽質量左右。盡管理論之前預言了更大質量的黑洞的存在,但是之前從來還沒有發現過,所以此次發現更大質量黑洞,對于黑洞的形成渠道也有著重要影響。

我們所看到的所有恒星,都是處于旋轉當中。所以對于那些由恒星塌縮而形成的黑洞而言,它們也是處在旋轉之中。對于黑洞的旋轉,天文學家用一個叫做“自旋參數”的量來表示,它在0和1之間變化——0代表了沒有轉動的黑洞(也叫“史瓦西黑洞”),而1代表了理論上黑洞所具有的轉動最大值(也叫“極端克爾黑洞”)。對于此次觀測中合并以后的黑洞,它的自旋參數為0.67。如果我們以轉速來描述,它在以每秒鐘100轉的速率轉動。相較而言,我們剛才提到的人類第一個黑洞“天鵝座X-1”,它是一個極端克爾黑洞,差不多在以超過1000轉每秒的速率轉動。

如果你覺得轉速依舊很難理解,那我們可以想象一下《星際穿越》電影的一個情節,主人公在卡剛都亞黑洞的行星上只呆了3個小時,但是后來卻發現飛船上已經過了23年,時間相差了6萬倍。要有這樣巨大的時間差,其中條件就行星極度靠近黑洞的同時,黑洞也以最大速度轉動。按照相對論理論所言,這樣行星上的時間就會被極大的拉長。天鵝座黑洞的轉速就具有類似于電影中卡剛都亞黑洞那樣的轉速。對于此次引力波探測到黑洞而言,即使有某個行星在其周圍最靠近的穩定存在,那么對于它的時間也會流逝的很慢,不過不會有6萬倍那么大的差別,最多也就2倍左右。對于黑洞而言,有著非常著名的無毛定理,也就是說黑洞只需要簡單的幾個量就可以描述。對于宇宙當中的黑洞,只需要我們上面所說的質量和自旋參數就可以完整的描述。當我們知道了黑洞的質量和自旋參數一些性質時,我就可以很容易的對黑洞本身的全貌做出一個描繪,就如同給出了一個人的完整自畫像。而引力波的方法可以快速給出黑洞的完整信息,這相比較傳統的觀測方式,更為有效,盡管在觀測方面有些困難。

電影“星際穿越”劇照

誰將撼動時空

那么在我們的星辰大海中,什么樣的天體才能夠撼動我們的這個宇宙時空,讓位于遙遠地球上的LIGO探測到呢?現在通常認為有如下四種:

(1)旋進(In-spiral)或者合并的致密星雙星系統。比如中子星或者黑洞的雙星系統。非常類似于發布會當中的系統。

(2)快速旋轉的致密天體。這類天體會通過周期性的引力波輻射損失掉角動量,它的信號的強度會隨著非對稱的程度增加而增加。可能的候選體包括非對稱的中子星之類的。在《星際穿越》電影當中,教授說它發現了引力波,而它的其中一個產生機制很可能就是由一個快速轉動的中子星,其表面大約2厘米的凸起所產生的(具體分析可以參閱由基普·索恩撰寫的星際穿越一書)。

(3)隨機的引力波背景。非常類似于我們通常熟知的宇宙背景輻射,這一類背景引力波,也通常叫做原初引力波,它是早期宇宙暴漲的遺跡。2014年由加州理工、哈佛大學等幾個大學的研究人員所組成的BICEP2團隊曾宣稱利用南極望遠鏡找到了原初引力波,但是后來證實為銀河系塵埃影響的結果。原初引力波的探測將是對暴脹宇宙模型的直接驗證,對于它的探測依舊在努力尋找之中。

(4)超新星或者伽馬射線暴爆發。恒星爆發時非對稱性動力學性質也會產生引力波。而直接探測到來自于這些天體的引力波,將是提供對這些天體最直接而且最內部的信息。

除過LIGO之外,還有意大利的VIRGO引力波探測器,日本的KAGRA探測器以及英國德國的聯合GEO-HF探測器。相信在不遠的未來,引力波的探測事例會如同春筍般爆發,越來越多。

為一窺宇宙初生

毫無疑問引力波是對廣義相對論的一個最直接的驗證。另外它在弱場中已經得到驗證,但是對已強引力之下的驗證,之前卻從來沒有驗證過。所以此次的觀測,是對廣義相對論的一個非常好的檢驗。

引力波以光速傳播,它與物質的相互作用非常非常的弱,所以引力波可以給我們提供我們宇宙幾乎無阻擋的圖景,而這個幾乎是無法利用我們熟知的電磁波來達到的。比如,利用引力波,我們可以看到宇宙的最早期,宇宙大爆炸之后的1.0E-36秒開始的宇宙形成過程,而對于電磁波而言,它最早只能看到大爆炸后的大約300,000之后的宇宙歷史,在此之前,電磁波是不能給我們提供的。所以引力波是我們了解我們宇宙形成的最好工具。

如果還記得,在《星際穿越》電影中的結尾之時,主人公庫珀身處一個5維時空的超體方體中,為了將從黑洞中心所提取出來的信息傳遞給身處4維時空的女兒墨菲,人為的制造引力波效應,成功將信息傳遞,從而人類得以解救。引力波從目前物理學家的認識來看,是唯一一種可以在不同維度傳播的波。不同宇宙之間的碰撞,會產生引力波。說不定在不遠的將來,我們也可以依靠引力波來判斷多重宇宙的存在與否。

星際穿越劇照:庫珀身處一個5維時空的超體方體

就如同一個天生的聾啞人,一直在聽別人說聲音的存在,突然有一天聽力恢復了。我想我們此刻的心情也是差不多如此。引力波給我們打開了一扇全新的窗口。引力波是一種方式,是一種看待世界的方式。歷史的發現軌跡告訴我們,每一扇新的窗口被打開,都會有令人稱奇的發現。雖然LIGO的探測能力還是有限,一旦這個引力波的世界被撬開了一道小的裂縫,讓我們看到了春天的種子,相信碩果累累的引力波豐收季節也不會太遠。

2.霍金:關于多元宇宙,霍金曾有一段傳播甚廣的對話——

女孩提問:“歌手Zayn離開了OneDirection組合,讓全世界少女心碎不已,您認為這會產生什么宇宙效應?”

霍金說,“也許有一天,多元宇宙的理論會被證實。而在我們的宇宙之外,還有別的宇宙。”

“在那個宇宙里,Zayn還在OneDirection,也或者,在另一個可能存在的宇宙里,你已經和Zayn結婚了。”

從很早的時候,霍金就是多元宇宙的支持者。他提出過一個通俗解釋:多元宇宙就像空中漂浮的一大群泡泡,每個泡泡都是一個世界,擁有自成一格的時間與空間,甚至每個泡泡中的物理學規律,在其他泡泡里也不適用。但是有時,這些宇宙泡泡也會相互碰撞。其他的宇宙泡泡的誕生,或者消逝,都可能在我們的這個宇宙泡里留下過痕跡。

霍金的論文遺著,就在論述,為何多元宇宙在我們的宇宙的背景輻射中留下印記,又該如何找到這些痕跡,證明“多元宇宙”的說法成立。

霍金解釋:多元宇宙像空中飄浮的泡泡

霍金提出,一個宇宙,將會在所有恒星都失去能量后,在黑暗中消逝。那么,在遙遠的將來,或許,那些智慧生命,就將借助其他宇宙空間躲過這場必然而至的塌縮。假如我們的宇宙飛船的探測器證實了霍金的理論,將徹底改變人類對于自己在宇宙中位置的看法。無數宇宙,無數星系,無數星球中的我們;在浩瀚的天地之間 ,不過是滄海一粟,甚至沒有任何的特殊性。

念天地之悠悠,渺滄海之一粟!

如赫胥黎所言:“我們站在浩瀚的未知海洋中的一個小島上,每一代的責任,就是多開拓一點陸地。”

3.2019年諾貝爾物理學獎獲得者:

茫茫宇宙,我們從哪里來?宇宙中還有沒有其他類似地球的星球也演化出生命?因為對這兩個基本問題的探索成就,三名科學家分享了2019年諾貝爾物理學獎。瑞典皇家科學院10月8日發布新聞公報說,來自美國的詹姆斯·皮布爾斯因宇宙學相關研究獲獎,來自瑞士的米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲因首次發現太陽系外行星獲獎,今年的獲獎者改變了我們對宇宙的看法,幫助“我們理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置”。

詹姆斯·皮布爾斯:在過去的 50 年中,把宇宙學從推測科學變成一門可以定量計算的科學的關鍵人物之一,就是詹姆斯·皮布爾斯。皮布爾斯的貢獻很難用三兩句話解釋清楚,但正如物理學家 Sean Carroll 所說:

“絕非夸張,現代宇宙學的一大部分是由皮布爾斯的腳注組成的。”

根據他的模型,從宇宙微波背景中,科學家推測出了宇宙的成分:構成行星和人類的普通物質僅占宇宙總物質量的 5%,剩下的是 26% 的暗物質和 69% 的暗能量。這么多的暗物質和暗能量究竟代表著什么含義?是不是多元宇宙存在的一種證據?這有待于人類不斷地探索解讀!

二、數學的角度:可以推導出多維的空間

先解釋一下維度的含義:

一維:一維就是直線,度量一維的尺度是長度,我們發明了很多的長度單位來度量一維,短到納米,長到光年,都是運用在一維里的詞匯。

一維世界:一維的世界里只有前進和后退,哪里只有前進和后退,沒有左右和上下,假如你是一個一維世界里的生物,你在前進的時候,前面有一堆粑粑的話,你只能捏著鼻子跨過去或者是后退,就像生活在一根細線上螞蟻。

二維:二維就是面,把無數條線段堆砌起來就是面,衡量二維的尺度是面積,平方米,平方千米,等等。

二維世界:二維世界里除了前進和后退之外,多了左右,但是沒有高度,假如你是一個二維世界的生物,在遇到障礙物的時候,就可以繞道走了,在一維世界里無法解決的問題,在二維世界里變得像常識一樣簡單,假如一個二維生物教一個一維生物繞道走,在一維生物看來簡直如同天書,從一維眼界到二維眼界的提升,帶來的認知力提升是無比巨大的。

三維:三維就是空間,把無數的面堆砌起來就形成了空間,三維比起二維多了一個高度。

三維世界:如果一個二維生物被困在一個圓圈里,它便沒有辦法逃脫,但是在三維里,只需要輕輕的一躍就可跳出來,如果三維世界的生物在二維生物面前表演了這輕輕的一躍,就可能被二維生物看作法術,不可思議,科幻小說《三體》里描繪了一種外星高等智慧生物,對太陽系實行降維打擊,就是把地球從三維降低到二維,整個世界變成了一個平面,人類在遠古時期,把地面想象成一個平面,那時候的思維是二維型思維,無法理解春去秋來,一年四季,無法理解風雨雷電,日月運轉,無奈之下形成了很多太陽神,雷神,之類的傳說,他們的思想受到維度的限制,倘若他們可以像我們現代人一樣站在月亮上看一看地球,就立馬明白這些竟然這么簡單,維度上升帶來的認知變化是幾何倍增的。

四維:四維就是時間和空間,或者叫時空,就像二維是用寬把長串聯在一起,三維用高把面積串聯在一起,我把四維理解成用時間把空間串聯在一起,也許前面的三維你都可以輕易的理解,但是到了這里,就有一點抽象了,從三維到思維,用的還是堆砌法,很多人不理解,空間堆砌在一起怎么是時間呢?舉個例子,把屋子當成一個空間,小明在屋子里走動,從屋子的東邊走到了西邊,把這個過程拍成一張張照片,放在一起就形成了一段時間,構成了一個故事,類似于連環畫,這本連環畫翻的快一點,時間就快一點,翻的慢一點,時間就慢一點,這看似離奇,但是卻與相對論不謀而合,這一頁實在要寫太多,推薦讀者讀一下《時間簡史》和《相對論》。

從三維到四維

四維世界:生活在三維世界里的生物,被囚禁在密閉的空間內,便無計可施,這在四維生物看來是否十分簡單,難道真的可以像二維看一維那樣繞道,或者三維看二維那樣挑一下就輕易解決?這個問題過于深奧,我們要討論一下,根據相對論,速度足夠快,接近光速就可以使時間變慢,在我看來的一秒鐘,在那個密閉空間看來也許是一萬年,我眨一下眼,它就灰飛煙滅了,自然十分容易的通過它,等等,光不就是光速嗎,它就可以通過透明的密閉空間,如果是紅外線,紫外線,X光,那不透明的也可以通過,這四維空間,人類認知很粗淺,但是未來科技發展,人類的認知會不會再突破一層,我們未來也可以像光一樣,輕易的穿過密閉的空間,我覺得其可以實現!至少,我們不是三維生物,我們已經可以測量四維的時間了,只不過對它的認知不夠精深。

克萊因瓶

五維:五維,就是平行宇宙,我們用概率來認識它,我們已經發明了概率論來研究它,很多人在學生時代認為概率論最難,這也許是因為上升了一個維度,五維同樣是四維的堆砌,因為過于抽象,我們再來認識一下四維,被時間穿起來的空間,從宇宙大爆炸算起,到地球上出現生物,再到出現人類,秦朝滅六國,往后,唐宋元明清,直到現在這一刻,是一個四維時空,但是概率論告訴我們,一個事件未發生之前,有多種可能,就拿分班來說,我有一半的幾率分到改變我一生的那個班主任,這件事發生了,組成了我們的宇宙,但要是沒發生就是另一個四維了,我們的宇宙在分班名單確定的那一刻,分裂成了兩個平行宇宙,每一個偶然事件都有分支,宇宙不斷的分裂,形成無數條歷史線,用第五維把這些包含事件的一條條歷史線穿起來,就是五維。

五維世界:四維世界的生物,仍然會被困在宿命里,經常會想,如果那樣了會怎樣,這在無微生物看來是否也十分簡單,五維生物是否可以穿梭在任意一個平行宇宙,在這個歷史線里,愛人死亡了,是否就可以到另一個愛人沒有死亡的平行宇宙里去生活,甚至可以到那個自己是女孩的平行宇宙里,同樣的過于匪夷所思,但是五維是存在的,目前最尖端的科學都在運用概率論,電子不是繞著原子核轉的,而是以概率分布在原子核周圍,叫做電子云,更有匪夷所思的楊氏雙縫實驗,物理學最前沿的量子力學告訴我們,這世界是以概率存在的,未來有一天,也許我們真的可以穿梭在自己喜歡的平行宇宙中,沒有淚水,沒有遺憾,關于概率論的平行宇宙,推薦閱讀《上帝擲骰子嗎》。

蜘蛛俠:平行宇宙劇照

我們的世界是幾維的?如果以被困在哪里來說的話,我們人類目前被困在三維的密閉空間內,應該算三維生物,但是我們能測量三維的時間,甚至有大量的研究已經漸漸的在撥開四維的迷霧,五維我們也可以感受到,我們不是經常發生感概,如果要是怎么樣,我們冥冥之中,似乎觸及到五維,我更愿意相信我們是五維生物,只不過思維還未理解,科學在加速發展,期待未來的認知爆炸,敢想才會發生,現在的手機在以前不是也是無法想象的嗎?

數學推導過程:任何科學理論離不開數學的嚴密推導,我將愛因斯坦的相對論的部分數學推導寫在這里,目的不是讓您去完全理解或推導證明,而是為了說明科學一定是有章可循,有據可查的!該部分略顯枯燥,非專業人士,可以略過哦,哈哈。

(1)狹義相對論的數學:

狹義相對論(Special Theory of Relativity)是阿爾伯特·愛因斯坦在1905年發表的題為 《論動體的電動力學》一文中提出的區別于牛頓時空觀的新的平直時空理論。“狹義”表示它只適用于慣性參考系。這個理論的出發點是兩條基本假設:狹義相對性原理和光速不變原理。理論的核心方程式是洛倫茲變換(群)(見慣性系坐標變換)。狹義相對論預言了牛頓經典物理學所沒有的一些新效應(相對論效應),如時間膨脹 、長度收縮、橫向多普勒效應、質速關系、質能關系等。狹義相對論已經成為現代物理理論的基礎之一:一切微觀物理理論(如基本粒子理論)和宏觀引力理論(如廣義相對論)都滿足狹義相對論的要求。這些相對論性的動力學理論已經被許多高精度實驗所證實。

相對論效應:速度越快,時間越慢

(2)廣義相對論的數學:

廣義相對論(General Relativity) 描寫物質間引力相互作用的理論。其基礎由A.愛因斯坦于1915年完成,1916年正式發表。這一理論首次把引力場解釋成時空的彎曲。

(1)等效原理

愛因斯坦提出“等效原理”,即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質量與慣性質量的等價性上。根據等效原理,愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。物體的運動方程即該參考系中的測地線方程。測地線方程與物體自身固有性質無關,只取決于時空局域幾何性質。而引力正是時空局域幾何性質的表現。物質質量的存在會造成時空的彎曲,在彎曲的時空中,物體仍然順著最短距離進行運動(即沿著測地線運動——在歐氏空間中即是直線運動),如地球在太陽造成的彎曲時空中的測地線運動,實際是繞著太陽轉,造成引力作用效應。正如在彎曲的地球表面上,如果以直線運動,實際是繞著地球表面的大圓走。

(2)幾何基礎

用戶回答8:

克萊因瓶并無法詮釋四維空間。四維空間也不是能實現克萊因瓶的猜想就具足條件了。克萊因瓶也只能說是莫比烏斯環的一個升級的立體版,一種概念圖,在我們生存的三維空間實現不了,不代表把時空升級一個維度就可以實現。這種理念本身就局限在三維空間里,我們并不知道四維空間是什么,只是用增加時間這個維度去定義了個四維空間而已。

宇宙中真的是存在無數個平行世界,這個是概念也好、理念也好,正在逐步被量子理論證實,無論是波粒二象性還是薛定諤養的那只貓,都在用“科學”的方法告訴大家,這個世界不單純是你所看到的世界,我們每個人眼中的世界是不一樣的,每個人都有自己的世界,甚至不同的時刻自己的世界空間都是不一樣的。所有的一切都隨著我們的念頭而變化不息。一念一世界,我們認為人類共同看到東西僅僅是這類人共同的意念所呈現的像而已。世界上偉大的瑜伽士、修行者均可證得此理念,趨入光明空性。而我們凡夫都在自己設定的世界甚至多個世界中打轉,還執著不已,煩惱深重。


用戶回答9:

思考宇宙,你會得到很多有意思的事情,它將開闊我們的眼界,放飛思想,感慨宇宙之浩渺,感嘆生命的偉大,感恩地球與太陽。因為沒有它們,也就沒有我們。

《彗星來臨前的那一夜》,兩個平行世界中相同的人卻有著不同的故事,《星際穿越》中庫珀進入到超立方體中,在那里,可以說就是咱們世界中神一般的存在,多維宇宙、平行世界,科幻色彩濃郁的名詞帶領著我們的想象,不斷地沖破想象壁壘。

如果你想制造一個永遠也裝不滿的瓶子,那么克萊因瓶就是最好的瓶子。克萊因瓶的瓶底有個洞,現在將瓶頸延伸,然后“扭曲”的進入到瓶子內部與底部那個洞相連,這個就是克萊因瓶了。當然了,你也可以買到這種“克萊因瓶”,不過,買到的這種瓶子都不是真正的克萊因瓶,因為真正的克萊因瓶不存在于三維空間里,真正的克萊因瓶不需要破開瓶身的口子便可以借助第4維與瓶底的洞相連。

那第4維是什么維度,給你一個想象吧,你可以想象得到一條既垂直于x、y軸,又垂直于z軸的另一軸嗎?不用想了,即便是你絞盡腦汁都想不出來的,這樣的軸只存在于數學中的第4維中。

在物理學中,M理論描述宇宙有11個維度,我們看不到的維度蜷縮在卡拉比—丘成桐空間中,至于這個卡-丘空間到底有多小呢?

它的半徑小于億億億億分之一米,我們看不到的維度都被緊致化蜷縮在這么小的空間中了,因此,現有的科技水平還無法抵達那么微觀的世界中去一窺究竟,多維的世界到底是什么,多維的世界中到底有什么,現在的話,只有一些科幻小說有對于它的描述了。

試想,如果在卡-丘如此小的空間中也有無數個宇宙,你這么一揮手,不知道穿過了多少億萬個宇宙了,細思極恐!

用戶回答10:

克萊因瓶詮釋了四維空間的存在,這句話本身就是錯的!就像我說太極、周易證明了萬物都是循環的一樣。

東方古代的數理文化的一部分在近代被哲學性的批判,而西方這種古代數理文化、哲學的批判,是采取了與現代數理文化(數學文化、物理文化)一起發展的方式,與唯心文化、宗教文化等并行存在。

克萊因瓶本身是數理文化的產物,或者說是數學的推理,人文性的表達。這個瓶子的數理原理實際與太極的數理是一個原理。

很多人并未在意這個瓶子在解讀的時候存在一句話,也就是瓶頸不能穿過瓶身,這樣的前提要求的瓶子才是在三維空間中不存在的。而克萊因瓶作為數理的示意表達,已經做出來擺在那里。僅僅是前提條件并未做到,瓶頸穿過了瓶身。

用數學推理的方式,數學家、數理學家構筑了四維空間的概念,實際與古代的方外是類似的數理概念。四維空間并未現實存在,就像幾何題中的輔助線,你說存在與否?至今為止,也沒有任何物理證據,證實四維空間的存在。那么基于四維空間的數學、數理、物理的推理,僅僅是一種頭腦風暴式樣的數理想法而已,何以一個并不成功的瓶子證明了四維空間的存在?

四維空間與四維時空不是一回事,一些翻譯文稿中,將這兩個概念混淆。當然,由于西方并不明確區分數理文化、數學文化、物理文化的區別,原稿中,也有將四維空間與四維時空混同使用的。

四維空間僅僅是一種數學構想,存在于意識層面或者說數學層面(其中部分數學思想由超體來表達,而超體也改變了經典歐氏幾何的原始定義。用線段代替了直線的定義。);

而四維時空,是一種物理現象,在現代的天文觀測中,在時間上逼近奇點幾億年以及在空間上幾百億光年的范圍內得到了物理證實。在這之外的范圍,物理方面也存在一些假說,例如平行宇宙、泡沫宇宙等等,等待證實,這也就意味著這些假說其中的大部分在等待被推翻,或者未來重新構建。

實證物理不敢說這些假說是物理現實,因為沒有證據。

而這些物理假說與古代的玄學(數理文化的一部分)正在不斷的融合,在傳播中被混淆不清。

如果一個并不成功的瓶子能夠證實存在無數宇宙,那么天文學家就全得下崗了。天文學還有什么用?坐屋里冥想宇宙就出來了。這與古代玄學無異,僅僅是數學方法比古代提高了而已。但這,與實證物理背道而馳了。

理論物理假說,其中的部分是拿來被未來推翻的,所以才叫假說。其中部分假說會被未來證實,那么,那個科學家是偉人。就像廣義相對論的部分內容,在近一百年得到了部分的證實。而百年前,它也是假說!

而象多重宇宙這種假說,要證實,物理學家暫時是沒有辦法的,需要等待物理方法和觀測設備的水平進一步的提高,突破現代物理理論的瓶頸。就如我們現在看到奇點附近幾億年,時光重現,再往前就一片茫然了,如何突破?現在并無辦法。而突破這個瓶頸的時間,也許是幾百年、幾千年,誰知道呢?至少現在沒有辦法!

那么,平行宇宙、多重宇宙等等假說等等,如果你的數學足夠好,懂一些現代的天文已經證實的部分,坐屋里用數學方法構想就是了,你也可以構想出來幾種的,不過都需等待被證實或者被推翻而已!

用戶回答11:

感謝提問,不過恕我直言這又是本末倒置的問題,要知道克萊因瓶是基于四維空間的一種假設,也就是說四維空間存在與否直接決定了克萊因瓶能否被造出來,可別再將二者的關系搞顛倒了喲。

我們都知道,“克萊因瓶”這個概念自1882年德國數學家菲立克斯·克萊因提出來以來,時間已經整整過去了137年,盡管現代制造業已經發展到了比較高的程度,而且許多國家的數學家也為止做出了很大的努力,但卻始終造不出這樣一個“沒有內外之分”的瓶子。

而實際上市面上買到的所謂的“克萊因瓶”,看上去跟擰麻花一樣,但這也只不過是一種比較復雜的幾何體罷了,根本就不是四維空間的產物,因此這種“克萊因瓶”也不可能證明四維空間的存在。

如果將我們生活的空間看做是三維空間的話,那么上文所說的市面上出現的“克萊因瓶”就與真正的“克萊因瓶”沒有邊、表面也不會終結以及瓶頸延伸穿過第四維空間與瓶底相連的特殊“瓶子”相比就足足少了一個維度。

經過對四維空間里的“克萊因瓶”仔細分析不難發現,這種瓶子沒有內外之分,并且也沒有邊,它將是一個無限循環,一只螞蟻可以從外部直接爬到內部而不需要經過表面或者某一個邊,這也意味著這將是一個無線的循環。

基于“克萊因瓶”的無限循環這一原理,難怪曾經有一個科學探索頻道曾表示黃河一年的徑流量都不能灌滿一個克萊因瓶,我不知道這是無知將“克萊因瓶”當做了“楊柳凈瓶”還是“黑洞”,亦或者是根本就不知道黃河多年平均徑流量在580億立方米左右,需要多大的瓶子才能裝下。

如果是這樣的話我們大可努力實現這一突破并多造出這樣的瓶子,可在防汛抗旱、沙漠治理等方面發揮巨大的作用,到那個時候我國北方地區就不會被冬春季節出現的沙塵暴所困擾,再也不用擔心主雨帶北跳時間推遲以及降雨的時空分布不均,而且在我國大西北干旱半干旱區多達128萬平方公里的沙漠、戈壁灘也將得到根治。

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