宇宙究竟有几维

作者：王鸣阳
爱因斯坦指出我们这个宇宙是一个“四维时空”，在具有长、宽、高三维的空间之上还要加上时间这个“第四维”。
  爱因斯坦的这种宇宙观也受到了挑战，有几种突破性的理论如今正备受科学家们的关注，它们的要点是：
  “宇宙也许还存在着‘第五维’……”
  这些理论现在受到特别关注并非没有缘由：在2008年将有一台最新的加速器投入运行，届时也许能够证实那个看不见摸不着的“第五维”的存在。
  第五维一旦得到证实，这一事件对人类观念造成的冲击绝不会亚于哥白尼的地动说和爱因斯坦的相对论。本文拟全面介绍这个关于“维”的科学，从有关的基础知识直到最新的理论。
  
  “维”的定义
  亚里士多德认为“不会有超过三维的高次维存在”
  　“维”（dimension）是用来描述空间或图形的广延性或者复杂程度的一个概念。这个“维”的概念，早在公元前的古人就已经有了。被尊为“几何学鼻祖”的古希腊数学家欧几里德（活跃在公元前300年前后），在其《几何原本》一书中就对点、线、面和立体等给出了严格的定义。古希腊的哲学家亚里士多德（活跃在公元前350年前后），则在其所著的《论天》一书中写道：“立体已经达到‘极致’，不会有超过三维的高次维存在。”
  许多人都知道“我思故我在”这句名言，正是说这话的法国哲学家笛卡尔（1596～1650）确立了“坐标”的概念。笛卡尔对“维”所下的定义是：“确定位置所必需的数值的个数。”
  按照笛卡尔的定义，那么，在没有大小的“点”的内部无所谓位置，因而点是零维。
  “直线”有几维呢？只要知道了直线上某一点到被选定为基准的另一点的距离，即只需一个数值（比如说X＝2），就可以确定该点的位置，因而直线是一维。不限于直线，曲线也是如此，所以曲线也是一维。
  “方格纸”，只要知道了纸面上任一点所在的纵线和横线的标度两个数值（比如X＝4，Y＝3），就确定了该点的位置，因而是二维。球形的“地球表面”也是这样，用纬度和经度两个数值就能够确定地球表面任一点的位置，因而也是二维。
  那么，我们生活在其中的这个空间有几维呢？飞机或导航系统所使用的GPS（全球定位系统）要用纬度、经度和标高三个数值来确定当前所在的位置。即使太阳系和银河系这样的大尺度空间，只要坐标选择合适，也可以用3个数值来表示空间中的位置。由此可以说我们生活在其中的这个空间有三维。
  
  
  “二维”的特性
  “二维”，有了“形状”
  一维世界和二维世界有什么不同呢？
  在一维世界（线），两个区域A和B，可加以比较的量只有它们的长度。
  然而在二维世界就不同了。二维世界（面）中的两个区域A和B，可以比较它们的面积。不仅如此，除了面积，还可以比较两个区域的另一个特征，这就是“形状”。在二维世界，有三角形、四边形、圆、椭圆等等，甚至曲线所包围不规则图形，而一维世界就不会有这种种“形状”。
  利用二维所具有的这种性质我们可以玩拼图游戏。这是把一幅图画剪开成若干部分（拼块），要求把它们重新拼合成一幅完整的图画。在这种拼图游戏中，游戏者必须注意观察每一个拼块的形状，想想应该把哪一个拼块与哪一个拼块拼接，反复尝试。
  如果来玩“一维版”的这种游戏的话，那就是把一根绳子截断成长短不同的若干小段，再尝试把它们重新连接成一根绳子。
  玩这种“一维版”游戏肯定索然无味。每一小段绳子虽然长度不同，但是没有形状，无论把它们按照什么顺序连接，都可以连接成一整根绳子。
  研究形状的数学叫做“几何学”，这是在一维不会有的一门数学，只有二维才会有几何学。除了形状，还有“角度”、“旋转”等，也都是在二维世界才具有意义的概念。在一维世界只能进行“速滑溜冰”，而无法进行“花样溜冰”。
  
  
  “三维”的特性
  “立体”，比平面图形复杂得多
  二维世界和三维世界又有什么不同呢？
  二维世界是一个面，如前面所介绍的，这上面可以有三角形、四边形和圆等具有面积的各种图形（平面图形）。上升到三维空间，则又有了具有体积的“立体”。
  平面图形有各种不同的形状，立体，也是有立方体、球、三角锥、圆锥、正四面体等等各式各样的形状。立体有一个在二维不可能有，必须是在三维才具有的特性，那就是，立体可以具有“贯通的孔洞（管子）”。
  轮胎的形状（环）就是具有贯通孔洞的一个立体。有手柄的茶杯，也是一个有贯通孔洞（穿进手指的部分）的立体。二维世界的图形是绝不可能有贯通孔洞的。例如正方形，你可以从它的上边向下剜去一部分，得到一个“凹”字的图形。但是，若向下剜得太深，穿过了正方形的下边，你得到的就不会是一个图形，而是把原来的正方形分割成了两个长方形。
  三维的这个特性对于我们人类实在是太重要了。要知道，我们人体就是一个“具有贯通孔洞的立体”。这个贯通的孔洞—你当然马上就可以想到，那就是从口向下直延伸至肛门的消化道。
  从受精卵到形成胎儿的身体，这个过程叫做“发育”。在人体发育过程中有一件非常重要的事情，那就是在大量细胞聚集形成的胚胎上先开出一个孔洞（肛门），然后逐渐向内延伸，直到在贯通处形成口。如果是二维世界的话，这个孔洞一贯通，人体就会被分为两半。在这种意义上，人的诞生还要多亏三维世界有这样一个特性呢。

如果是二维世界的话，这个孔洞一贯通，人体就会被分为两半。 ...
raymondyi 发表于 2010-3-16 11:32

微妙的喜感…………

2008年早过了，无法想象时间之外的第五维的定义

我以为看到最后能看到对第五维特性的描述呢……

四维都不能想象的出，何况5唯。据说膜理论可以有26维，真是要了命了。

从数学的角度说可以有n维，从玄幻的角度说可以有n维，从科学的角度说----呃，我不知道啊，也许只有四维吧，时间是第四维，要知道，夏虫不可言冰，有没有第五维还是让神考虑吧。

楼主有那个加速器试验的后续报道吗？

这种旧闻……弦理论还说有17维: (