深入淺出，理解看不見的高維度空間

大家對我們生活的三維空間一定很了解了，對於二維平面也能理解，那如果是多維空間呢?四位、五維、甚至十一維空間，你又有多少了解呢?其實多維度空間並沒有那麼神奇，它其實有一套自己完整的理論體系。聽不懂?沒關係，下面小編就為大家深入淺出的講解下多維度空間的知識，大家準備好了嗎?

一：十一維空間簡介

十一維空間是以90年代提出的M理論(多種超弦理論的綜和)作為基礎的，此理論認為，宇宙是11維的，由震動的平面構成的。在愛因斯坦那裡，宇宙只是4維的(3維空間和1維時間)，現代物理學則認為還有7維空間我們看不見。十一維空間的英文是：eleven-dimensional space。

二：十一維空間內容介紹

要想理解十一維空間，首先要明白一個問題，那就是高維度空間和高緯度時空是兩個不同的概念，高維度時空和高維度空間是不同的。舉例來說，在三維空間中只有一個時間維度，但它是一個偽維度，即它的單位和其他三個維度不同。四維空間的第四維仍然和三維空間的維度具有相同性質，時間仍是偽維度。因此，不可把時空和空間混為一談。

三：十一維空間理論依據

十一維空間的理論基礎為：《勾股模型》、《現代物理學》、《分數維空間》。其實這些仍然是理論上的維度，屬於多元幾何學即維度學研究的範疇，這樣的維度不只和位置(表示一個幾何點在空間中的位置)有關。在物理自然的實際世界中，情況要複雜得多。

進行考察的思維意識客體(對數維)可以融入到世界中，形成透視;也不可能完全沒有大小，因此可能在世界的倍率(指數維)中移動：形成對世界的縮放和變焦;甚至所有系統都可能是粒子化的、運動的...

其實，物理中對維度的定義不是單一的，它還含有溫度、密度、速度、……等等一切物理量。參考多維空間、高維空間、19維空間為他們做的全新多角度的定義。

四：十一維空間的提出過程

1、十一維空間超弦理論

1998年2月，在美國的一個科學雜誌中，就有一篇介紹M理論的文章。它的題目為：The theory of M: M stands for magic, mystery or member 。其內容主要為統一場論的最新進展。一個粒子不但有電荷的相吸，還有磁場的相互作用。兩者的統一構成引力。

我們一直以為影響無限小的粒子的因素與影響著地球般大小的星球的因素是不同的。因為過去的所有理論難以用於同時解釋粒子和星球的運動。也難以解釋引力的形成。而M理論則正是一種正在形成的可以解釋從無限小的粒子到無限大的宇宙的統一場理論學說。

2、多維空間之謎

雜誌中提到，此理論多次被實驗證實，或許它是繼相對論提出之後，本世紀最偉大的物理學理論之一。據說在超弦理論的研究中，發現十維空間還有理論漏洞，新的膜理論就在超弦的線上展拓成超膜，以十一層空間來解釋宇宙。而只有其中四維空間可為人類所感覺，其餘的感覺不到的空間。

其實就跟光譜的特點一樣，我們人類聽不到的超聲波和也看不到紅外線，卻不因我們的不能察覺而就可認為根本不存在。正是在更高的空間里，物體的電場和磁場相互作用形成萬有引力。也只有引入更多的空間才可以解釋為什麼分子的結構有左旋和右旋的向性不同。 而宇宙的許多自然之謎如黑洞等，以更多空間的理論才有可能存在和解釋。

3、膜理論

宇宙大爆炸的一種新理論說法——膜理論，該理論表明我們生活的整個宇宙是一層可以隨意彎曲 拉伸的膜，也稱為三維空間，在不遠的地方也有一層膜，可以說是另一個宇宙，也是三維空間，當中的空隙，是四維空間，在某種未知力(有可能是暗能量)的作用下，兩層膜以極慢的速度緩慢接近。

遐想的距離為10億萬光年(10*10的12次方)，當膜接觸後，相互碰撞，動能轉化為熱能，熱能開始緩慢在膜上散開，宇宙中的萬物開始毀滅，然後冷卻，開始新的循環。這就是新理論的宇宙大爆炸，當碰撞後，兩層膜又彈回原來的位置，重新在未知力的作用下，緩慢接近，如此往複，宇宙開始循環，永不停止。

這仍然是純粹幾何學上的維度，屬於多元幾何學即維度學研究的範疇，這樣的維度不只和位置(表示一個幾何點在空間中的位置)有關。在物理自然的實際世界中，情況要複雜得多：進行考察的思維意識客體(對數維)可以融入到世界中，形成透視。

也不可能完全沒有大小，因此可能在世界的倍率(指數維)中移動：形成對世界的縮放和變焦;甚至所有系統都可能是粒子化的、運動的、……，所以物理學的維度還可以含有溫度、密度、速度、……等等一切物理量。參考多維空間、高維空間、19維空間為他們做的全新多角度的定義。

五：相關理論：十八維空間

前三維是位置，存在於空間中;

第四維是速率，存在於時間中;

第五六維是速率指向，存在於(速度)時間方向中;

第七八維是狀態指向，存在於自身形狀對應的空間方向中;

第九維是狀態轉角，存在於自身形狀對應的滾動中;

第十維是自旋速率，存在於滾動時間中;

第十一、十二維是自旋赤道軸指向，存在於滾動(速度)時間方向中;

第十三維是自旋赤道軸指向漂移速率，存在於滾動變化(加速率)時間方向中;

第十四、十五維是自旋赤道軸指向漂移速度赤道平面映射方向，存在於滾動變化(加速度)時間方向中;

第十六維是加速率(或受力強度)，

第十七、十八維是加速度(或受力)方向，這樣的維度不只和 位置(表示一個幾何點在空間中的位置)有關。

六：維的定義

一維是線，二維是面，三維是靜態空間，四維是動態空間(因為有了時間)。我們在物理學中描述某一變化著的事件時所必須的變化的參數。這個參數就叫做維。幾個參數就是幾個維。比如描述「門」的位置就只需要角度所以是一維的而不是二維。

簡單地說：0維是點，沒有長、寬、高。一維是由無數的點組成的一條線，只有長度，沒有寬、高。二維是由無數的線組成的面，有長、寬沒有高。三維是由無數的面組成的體，有長寬高。維可以理解成方向。

因為人的眼睛只能看到三維，所以三維以上很難解釋。正如一個智力正常,先天沒有一隻眼睛,一隻耳朵的人(這樣就沒有雙眼效應,雙耳效應)。他就很難理解距離了,他很可能認為這個世界是2維的。

一個簡單的說法：N維就是N條直線兩兩垂直所形成的空間，因為，人類只能理解到3維，所以後面的維度可以通過數學理論構建，但要仔細理解就很難.在量子力學,目前仍在建立的膜理論,認為世界是11維的。

七：高維空間

1、理論解釋

科學家們對我們已認知的維與可能存在但未被認知的維之間的區別是如何解釋的呢?他們打了一個比方：一隻螞蟻在一張紙上行走，它只能向右或向左，向前或向後走。對它來說高與低均無意義，這就是說，第3維的空間是存在的，但沒有被螞蟻所認識。同樣，我們的世界是由四維構成的(三個空間維，一個時間維)，但我們沒有覺察到所有其他的維。

2、七維空間

根據物理學家的看法還應該有7個維。儘管有這麼多的維，但這些維是看不見的，它們自身卷在了一起，被稱為壓縮的維。為了弄清這種看法，讓我們再以螞蟻為例展開我們的想像。我們可以設想一下，將螞蟻在上面行走的那張紙捲起來，直到捲成一個圓筒形。

如果螞蟻沿著紙壁走，最後它又會回到出發點，這就是壓縮維的一個例子。如果能沿著著名的莫比烏斯帶走，也會發生上述現象，當然，它是3維的，但如果沿著它走過，總是會回到出發點的。

莫比烏斯帶從維的角度講是壓縮的，按照物理學它有3個維，但誰在上面行走，都只能認知成一個維。如果螞蟻不是沿著紙筒彎曲的壁行走，它就永遠不會返回到原出發點。這就是二維(或者說被我們所感知的那種維)的例子，沿著它一直走，就不可能返回到原來的出發點。

3、弦理論

現代物理學中的基本粒子包括費米子、輕子、 玻色子、希格斯粒子等。弦理論認為，基本粒子都是由一維的弦組成。弦以不同的形式振動，也相應表現為各種不同的基本粒子。弦可以有端點，稱為開弦。

也可以自身首尾相接成閉合的圈，稱為閉弦。科學家認為引力子是閉弦，使得引力子能夠在高維的膜空間內傳播。將來，我們或許可以通過引力，探測膜世界的存在。無法以實驗證明弦的存在。

4、矛盾

既然一維空間是一條直線，那麼如果有生物生活在一維空間，那麼生物也是一條直線，可是這一條直線是什麼構成的呢?顯然，任何粒子，原子等等在一維空間也絕對不會表現出三維空間的形狀和特性，它們必然會被一維空間的特性所改變。

同樣，如果有生物生活在二維空間，那麼生物也是平面，三維空間的任何事物在二維空間都只能具有二維空間的特性。我們可以發現，關於一維空間是一條直線，二維空間是一個平面，這種說法是不成立的。

數學的抽象思維方法在空間問題上忽視了一個矛盾，它用三維空間的思維方法來思考一維空間和二維空間，結果它描述的一維空間和二維空間仍然是三維空間。數學的「點、線、面」概念都只是思維形式，並且是三維空間的思維形式，而不是空間本身的存在形式。

八：零維到多維

零維

零維是一個沒有長度、沒有寬度、沒有高度的點。

一維

一維是一條沒有寬度、沒有高度的線。

二維

二維是一個沒有厚度的面。

三維

三維就是有長、有寬、有高的空間，這前幾維都很好理解，不用畫圖，只記住一點就夠了，我們三維世界裡的點、線、面只是無限接近零、一、二維，而不是真正意義上的零、一、二維，因為在三維世界裡畫不出那樣的點線面，即維度沒有辦法或目前沒有辦法向前跨越，高維想回到低維很難，比從低到高還難。

四維

四維就是在三維的基礎上加上時間，我們可以把自身理解成一個點，時間理解成一條線，你沿著時間線從小到大從生到死，只能順序前進，不能停止和後退，這就是四維。

五維

五維是在四維的基礎上加上可能性，即你在任意時間點上做出的不同舉動可以產生任意種可能性，每種可能性會產生一條新的時間線，從任意點放射出去，但任意時間點上的任意時間線都是不交叉的。

打個比方，比如你在高考時的一個決定會決定你現在是醫生還是教師，假設你生活在五維世界，你是教師那條時間線上的，你要想去看看醫生的你是什麼樣，你必須先回到高考時的時間，然後沿著醫生那條時間線回到現在的時間才行。

六維

六維才是平行空間(先說一下平行空間非平行宇宙)，如果你理解不了五維，那下面就都不用看了，六維就是使五維任意時間點上的任意時間線通過改變引力或重力使五維扭曲而相交，從而可以直接穿越到另一種可能性，而不必再回到改變決定的那個時間點重走時間線。

七維

七維就是把整個六維空間看做是一個點，即加入奇點，即時間開始的那個點，無數個這樣的點組成的線即七維。

八維

八維就是在七維線上任意點會產生任意個宇宙，或與我們相似，或與我們完全不同，同五維一樣，這無數個宇宙的可能性是不相交的，如果要穿越，需要先回到七維線上的任意點再選擇另一個可能性的宇宙重走時間線才行。

九維

九維同六維差不多，就是通過改變引力或重力使八維扭曲而使不同可能性的宇宙時間線相交，達到直接穿越平行宇宙的能力，由此我們不難發現，123、456、789是一個規律，只不過它們承載的參量是不一樣的，123是靜態的線，456是動態的線即時間線，789是動態的宇宙。

至於十維甚至之後的維度那是超越宇宙的推理，是宇宙之外的假設了，不過這一切的基礎都是宇宙大爆炸理論的假設是真實的，如果有一天證明了宇宙大爆炸是假的，那麼所有維度的定義都要推翻。

九：多維空間的產生

在宇宙的極早期，它誕生的10^-43秒內，它的直徑僅有10^-33厘米，含有豐富的十維空間，所有的空間維都平等地捲縮在一起。在那樣的空間中，宇宙的能量極高、溫度極高，所有四種力都融為一體，相對論和量子理論可以歸結為一個理論。

但是，這樣高維度、高能量、高溫度的空間是極不穩定的，就像脹氣太多的氣球，於是大爆炸發生了。維度被解散、能量發散、溫度降低。三維的空間和一維的時間無限延伸開來，逐漸形成了我們今天可感知的宇宙;而另外六維的空間則仍然捲縮在普朗克尺度(即10^-33厘米)以內。

當宇宙處在10^32K這樣極高的溫度(這溫度比我們得到的太陽的溫度高10^26倍)時，引力與其他大統一力分離開來，引力隨著宇宙的膨脹而不斷延伸成長程力，。隨著宇宙進一步脹大和冷卻，其它三種力也開始破裂，強相互作用力和弱—電力剝離開來。

當宇宙產生10^-9秒之後，它的溫度降低到了10^15K，這時弱—電力破缺為電磁力和弱相互作用力。在這一溫度，所有四種力都已相互分離，宇宙成了由自由夸克、輕子和光子組成的一鍋「湯」。稍後，隨著宇宙進一步冷卻，夸克組合成質子和中子。它們最終形成原子核。在宇宙產生3分鐘後，穩定的原子核開始形成。

當大爆炸發生30萬年後，最早的原子問世。宇宙的溫度降至3000K，氫原子可以形成，其不至於由碰撞而破裂。此時，宇宙終於變得透明，光可以傳播數光年而不被吸收。

在大爆炸發生100至200億年後的今天，宇宙驚人的不對稱，破缺致使四種力彼此間有驚人的差異。原來火球的溫度現在已被冷卻至3K，這已接近絕對零度。

這就是宇宙的演變史，隨著宇宙的漸漸冷卻，力將解除相互的糾纏，逐步分離出來。首先引力破裂出來，然後強相互作用力，接著弱力，最後只有電磁力保持不破缺。

十：多維空間存在意義

理解了宇宙的空間有更多維存在，再回過來看相對論與量子理論是如何產生矛盾的，我們就很容易理解了：這兩個理論在日常的三維空間里是不可能統一的，它們的矛盾是必然的，只有在高維空間里才能得到統一。為了更好地理解這一點，我們可以舉一個三維世界和二維世界的例子。

我們首先假設有一些生活在二維平面世界的生命，它們的世界裡只有長和寬，根本無法理解第三維——「高」這一維。因此，它們對三維世界的感知只限於三維物體在平面世界的投影，或者三維物體與平面世界的接觸面，試想一想，一個平面生命怎麼能夠通過投影來想像三維物體的豐富性和完整性呢?

當三維物體與平面世界接觸時，三維物體在平面世界上的零碎片段，比如一張桌子的四根腳柱、人印在地面上的兩雙鞋印，更讓平面生命摸不著頭腦——這些拼不到一起的碎片究竟意味著什麼呢?它們不能想像，四片互不相連的印跡怎麼會構成一張完整的桌子呢?

那斷斷續續的鞋印上怎麼會有一雙完整的鞋呢?而且，鞋的上面竟然還有一個更加完整的人!用二維的眼光來打量這些碎片，你永遠不可能將它們拼成一個整體。於是有一天，一個足智多謀的平面生命偶然想出一個絕妙的主意。

它宣布，平面世界之外還有一個「向上」的第三維，如果順著這些碎片「向上」看，其實碎片是一個完整的整體!這真是個驚人的見解，大多數平面生命都困惑不解。相對論和量子理論的遭遇與這種情況非常相似，在我們的三維空間里，它們就像兩塊互不相干的碎片，永遠也拼合不到一起。

但把空間「向上」抬一抬，把宇宙變為十維空間，相對論和量子理論這兩塊看似互不相干的碎片就會令人震驚地結合得天衣無縫，成為一個更完整的理論大廈的兩根互相依存的支柱!雖然我們在三維空間中無法想像和描述一個多維的空間，但我們卻能通過複雜的數學方程推導出它的存在。

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