高维空间

物理学理论

高维空间，是一种物理学理论。据90年代提出的M理论（超弦理论的一种），宇宙是十一维的，由震动的平面构成的。科学家认为要描述宇宙，X、Y、Z和T(时间)4个未知数是不够的，要加到11个未知数之后，才能够解释宇宙的很多结构。

理论解释

普遍观点

科学家们对我们已认知的维与可能存在但未被认知的维之间的区别是如何解释的呢？他们打了一个比方：一只蚂蚁在一张纸上行走，它只能向右或向左，向前或向后走。对它来说高与低均无意义，这就是说，第3维的空间是存在的，但没有被蚂蚁所认识。同样，我们的世界是由四维构成的（三个空间维，一个时间维），但我们没有觉察到所有其他的维。

物理学

根据物理学家的看法还应该有7个维。尽管有这么多的维，但这些维是看不见的，它们自身卷在了一起，被称为压缩的维。为了弄清这种看法，让我们再以蚂蚁为例展开我们的想象。我们可以设想一下，将蚂蚁在上面行走的那张纸卷起来，直到卷成一个圆筒形。如果蚂蚁沿着纸壁走，最后它又会回到出发点，这就是压缩维的一个例子。如果能沿着著名的莫比乌斯带走，也会发生上述现象，当然，它是3维的，但如果沿着它走过，总是会回到出发点的。

莫比乌斯带从维的角度讲是压缩的，按照物理学它有3个维，但谁在上面行走，都只能认知成一个维。如果蚂蚁不是沿着纸筒弯曲的壁行走，它就永远不会返回到原出发点。这就是二维（或者说被我们所感知的那种维）的例子，沿着它一直走，就不可能返回到原来的出发点。

霍金

霍金提出了他的宇宙模型，给出了11维空间，认为要描述宇宙，X、Y、Z和T(时间)4个未知数是不够的，要加到11个未知数之后，才能够解释宇宙的很多结构。另一种说法，宇宙十一维是爱德华·维顿提出来的。这些“维”同样是天文学家无法探测的。

杂志

在1998年2月的“美国科学”上，有一篇介绍M理论的文章，为The Theory of M: M Stands for Magic, Mystery or Member （M理论：M代表魔术、奥秘或成员），讲了统一场论的最新进展。一个粒子不但有电荷的相吸，还有磁场的相互作用的性质。两者的统一构成引力。我们一直以为影响无限小的粒子的因素与影响着地球般大小的星球的因素是不同的。因为过去的所有理论难以用于同时解释粒子和星球的运动。也难以解释引力的形成。而M理论则正是一种正在形成的可以解释从无限小的粒子到无限大的宇宙的统一场地论学说。

文章中说这个理论越来越多的实验所证实，可能是继相对论以来，上世纪最伟大的物理学理论之一。据说在超弦理论的研究中，发现十维空间还有理论漏洞，新的膜理论就再在超弦的线上展拓成超膜，以十一层空间来解释宇宙。而只有其中四维空间可为人类所感觉，其余的感觉不到的空间，就如声波和光谱一样，我们人类听不到的超声波和也看不到红外线，却不因我们的不能察觉而就可认为根本不存在。

正是在更高的空间里，物体的电场和磁场相互作用形成万有引力。也只有引入更多的空间才可以解释为什么分子的结构有左旋和右旋的向性不同。而宇宙的许多自然之谜如黑洞、超自然力、意志力、时空通道等，以更多空间的理论才有可能存在和解释。

弦理论

现代物理学中的基本粒子包括费米子、轻子、玻色子、希格斯粒子等。弦理论认为，基本粒子都是由一维的弦组成。弦以不同的形式振动，也相应表现为各种不同的基本粒子。弦可以有端点，称为开弦；也可以自身首尾相接成闭合的圈，称为闭弦。

科学家认为引力子是闭弦，使得引力子能够在高维的膜空间内传播。将来，我们或许可以通过引力，探测膜世界的存在。无法以实验证明弦的存在。

量子化空间

高维空间就是多维的量子化空间，包括微观、宏观、宇观的量子化空间。比如原子以及比原子更小的电子、质子、中子、介子等微观粒子，其内部空间属于微观的量子化空间。

这种种现象都表明，我们人类熟悉并生活在其中的平直空间和宏观量子空间之间存在着时空差异效应。因此研究平直空间和宏观量子空间之间的时空变换关系，应当是地球人类21世纪物理学革命的主题内容之一。

通俗解释

大家都知道什么是“画地为牢”。就是你在一张纸上画一只老虎，然后你想困住它，怎么弄？哈哈，画地为牢，你只要在纸上画上一个牢，把纸里的老虎困住就行了。为什么老虎走不出来？因为在一张纸的二维平面里面，没有“高”这个概念。正因为如此，老虎才被人画牢所困。那么三维的老虎呢？三维的老虎需要真正的笼子，因为二维的牢困住二维的虎，三维的虎当然要用三维的牢才可以困住。也就可以说，二维的牢困不住三维的虎，因为三维的虎比二维的虎多出一个“高”来。就是说，在维度上，我们可以认为三维比二维高级。

那么四维呢？众所周知，第四维是时间。时间作为一个坐标，确立了三维空间在一维的时间轴上的排列。同样，我们可以认为，四维比三维高级。我们一直都害怕一件事，就是有没有智慧生物生活在第四维，或者更高维，因为我们感知到的世界是三维的，我们脑海里面可以构想出的模型也是三维的。我们不可以接受一种我们看不到，但自己却尽在其掌握之中的生物存在。

显然我们可以假设他们存在，因为没有什么是不存在的。然而不幸的是，我们从空间上说，比他们低级，我们在他们眼中只不过好像我们纸上画的那一只可怜的老虎一样，我们逃脱不了我们的三维空间，困住我们思维的，正好是我们生存的三维空间。

冲破我们的三维界限，方法也许只有一个——超越光速。在那些高维生物的世界里，速度最低的等于光速，因为光速是维度的分界点，他们永远都是先有事情的结果，再有起因。这当然是我们所不可以接受的，我们的大脑局限在三维空间的因果关系里面，又怎么能先果后因？一切一切都无法证明。因为没有人可以超越光速，火箭不能，飞船不行，爱因斯坦也不能。

矛盾

既然一维空间是一条直线，那么如果有生物生活在一维空间，那么生物也是一条直线，可是这一条直线是什么构成的呢？显然，任何粒子，原子等等在一维空间也绝对不会表现出三维空间的形状和特性，它们必然会被一维空间的特性所改变。同样，如果有生物生活在二维空间，那么生物也是平面，三维空间的任何事物在二维空间都只能具有二维空间的特性。我们可以发现，关于一维空间是一条直线，二维空间是一个平面，这种说法是不成立的。

数学的抽象思维方法在空间问题上忽视了一个矛盾，它用三维空间的思维方法来思考一维空间和二维空间，结果它描述的一维空间和二维空间仍然是三维空间。数学的“点、线、面”概念都只是思维形式，并且是三维空间的思维形式，而不是空间本身的存在形式。

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