11维时空:晃动的上帝影子 上

11维时空:晃动的上帝影子?(上)

任何新物理学思想理论的建立,都必然依托数学求证(理想的数学模型来支撑)和实验验证。。

因为我们是属于四维时空的生灵,逃不出3维空间和1维时间,所以我们的上帝(更高维的宇宙时空?)长得啥样,我们只能透过“数学模型”来揣摩。

提起数学,我们不得不聊聊阿拉伯数字。

严格意义上说,乔汝认为,人类其实没有发明,只有发现。这是因为人类所有的所谓发明创造,其原理与现象,原本就存在于大自然“那里”。而人类最伟大的发现,莫过于阿拉伯数字“9、8、7、6、5、4、3、2、1”以及一个占位符“0”。

我们所谓的现代的数学家和科学家,实际上应该归功于历史上繁荣的伊斯兰文明,因为发端于中东的伊斯兰文明改变了中世纪的欧洲。

13世纪著名的意大利“数学旅行家”莱昂纳多(也被称为”斐波那契),把发端于印度的“9、8、7、6、5、4、3、2、1”以及占位符“0”,也就是今天我们所熟悉的阿拉伯数字带到了欧洲。并承接阿拉伯数学家们的工作,又将古希腊的几何学著作也带到了欧洲,大大地发扬。他还发现了代数学,对数论进行了有益的探索。他最大的贡献在于他对数列性质的探索,由这些数列能够推演大自然中许多和谐结构。

欧洲最早使用的罗马数字是用字母代表特定的数,比如用I代表1,用V代表5,用X代表10,用L代表50,用C代表100等等。这些字母简单的混在一起或偶然的相减,表示更为复杂的数,比如用XXX表示30,用IX表示9。

使用罗马数字是很困难的。要想使用罗马数字(比如用CCCXC表示390,用MDCL表示1650)进行计算,必须把复合数字拆分成各个单一的部分,转换为单一数字。比如CCCXC表示390,计算时要拆分成C,C,C,XC。加法和减法运算还能比较从容的应对,但是如果运用罗马数字进行乘法和除法运算,那就十分痛苦了。

莱昂纳多1202年出版了《算术》,用阿拉伯数字表达系统运用了“数位”概念(比如“十”、“百”、“千”等等)。1228年他又出版了《算术2》,从而彻底改变了欧洲。

这里又不得不提及一下(包括伊斯兰教在内的)世界三大教发源地——圣城耶路撒冷。乔汝认为,全世界的所有财富加在一起似乎都无法与圣城耶路撒冷的“富有”相比。在耶路撒冷这个圣城,世界三大教派划分的领域具体到每一块砖——最终聚焦至耶路撒冷的一座教堂,这个教堂的每一块砖都被三大教派划分的清清楚楚,一目了然。这就不难理解,为什么这个地方“很难太平”。

事实也委实玄妙,世界上时时刻刻发生的任何一个“事情”(事件),都是由耶路撒冷“辐射”而出,也都能“缩回”至这个世界三大教发源“奇点”。

比如说,你现在在哪?北京。北京经度多少?纬度多少?门牌号?回到阿拉伯数字。现在几点?19点,哪天的19点?2月4日,什么年的2月4日?公元年,公元年从何而来?耶路撒冷!又比如你在干什么?写文章,多少字?什么时间写完?你朋友在干什么?开车,什么型号?排气量?那人在干什么?睡觉,几点睡的?多长时间了?……统统可以缩回9、8、7、6、5、4、3、2、1、0,回到耶路撒冷。

即使在人类科技迅猛发展的今天,其计算机的核心原理也没能逃脱出“0”和“1”的枷锁。

最早阿拉伯数字的写法,是以字符上“角”的数量代表“数”的。(见下图)

         ( 最早阿拉伯数字的写法,是以字符上“角”的数量代表“数”的。此图乔汝根据记忆所写)

在阐释“为什么宇宙是11维的?”之前,我们将简单涉及相对论和量子力学。

现代物理学长久以来一直依赖两大支柱,一个是爱因斯坦的相对论,它为我们从大尺度认识宇宙(如恒星、星系、星系团以及比它们更大的宇宙自身的膨胀)提供了理论框架。另一个是量子力学,我们用这个框架认识了小尺度宇宙(如分子、原子以及比原子更小的粒子电子和夸克)。几十年来,两个理论的差不多所有预言都在实验室上被物理学家,以难以想象的精度证实了。

然而,同样的这两个理论工具,却无情地把我们引向一个痛苦的结论:从广义相对论和量子力学今天的形式看,它们都不可能是完全正确的。虽然在过去的百年里,我们获得了巨大的进步:解释了宇宙的膨胀,也认识了物质的基本结构;但是,作为这两个进步的基础理论,却水火不相容!。

这就需要一个大统一理论,既能把相对论和量子理论兼容起来,又能把宇宙的四种力(引力、电磁力、强力、弱力)统一在一个理论框架内。爱因斯坦花了30年时间,寻找这种统一理论,但他没有成功。当然,爱因斯坦年代还没发现强力和弱力。

一直以来,我们理解的时空是四维的,即三个空间维(一维是“线”,二维是“面”,三维是“高度”)加一个时间维。

你可以在3个独立的方向(即三个独立的空间维)运动。你走任何一条路径,不论多么复杂,都是3个不同方向的运动组合——“左右”﹑“前后”﹑“上下”。你每迈出一步,决定你如何穿过这3个维度。

还有一种等价的说法,宇宙间的任何一个位置都可以用3个数字来完全确定(3个数相应于3个空间维)。比如城里的某个地址,可以用街道(左右)、路口(前后)和楼层(上下)来确定。爱因斯坦的理论鼓励我们把时间看做另一个维(“过去-未来”维),这样,我们一共有了四维(3个空间维和1个时间维)。为确定宇宙的一个事件,我们应该说它发生在什么时候的什么什么地方。

但“弦理论”的问世,允许宇宙存有更多维,这为科学家完成大统一理论带来了前所未有的希望!

我们来看看弦理论的基本思想。

传统理论上,我们一直认为构成物质的最小粒子如夸克,是无限小的“点”。以致霍金和彭罗斯还计算出了宇宙大爆炸早期存在无限奇异的“点”,这个“奇点”必须无限致密直至接近为零。所有经典物理学的特性在“奇点”处完全失效。这令人非常困惑。

但“弦理论”把构成物质最小的“点”改变为无限细的“弦”,或者微观振动的线圈。这就解决了量子力学与广义相对论之间的矛盾,解开了当代理论物理学的“戈迪乌斯结”。

弦理论不允许宇宙大爆炸之前“奇点”致密为零。“弦”无限致密为“奇点”后会翻转、反弹,再次反向大爆炸(像黑洞白洞)。

在“弦理论”眼里:万物都是音乐,宇宙就是一个庞大的交响曲,微观世界到处都是小小的琴弦,混沌的喧嚣……

传统的“点”的标准模型,尽管提出的几乎每个微观世界的预言,在百亿亿分之一米的尺度上都很有力地得到验证(这已经是当今技术的极限了),却完成不了完备的或最后的理论,因为它没有包括引力。弦论解决了这一切问题,使相对论和量子理论前所未有地“走在了一起”(兼容了)。

至此,我们可以谈谈宇宙的额外维度了。

(请关注下篇)

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