不,我不是扁平地球人。恰恰相反,这里提出的想法假设了先进的科学知识,例如量子物理学。著名的剑桥物理学家斯蒂芬霍金提出,我们可能生活在一个有 11 个维度的宇宙中。正如我们将看到的,我在这里讨论的内容与该陈述并不冲突。
这一切都始于一个晚上,出去散步。我的一只眼睛有问题:难以从黑暗过渡到明亮的光线。在异常漫长的过渡期中,我经历了那只眼睛的视力闪烁。就像看视频一样,如果屏幕刷新率为每秒 10 次,而不是 20 次:图像不会连续出现,眼睛会注意到各个帧的闪烁。然后我读到狗和猫的视力要清晰得多,当观看为人类制作的视频时,它们会看到各个帧,因为它们的大脑(就图像处理而言)具有更高的刷新频率,请参见此处。实际上,有一些专门为狗设计的节目和电视机,具有更高的刷新率来避免这个问题。
然后我开始怀疑其他一些生物是否具有更高的图像刷新率。从那时起,我开始思考以下问题:如果现实本身由帧组成,而不是时间连续体,而是以难以置信的高但有限的频率发生的离散快照,该怎么办?这就像说自然界中不存在无限或连续体,而只是一种人工构造或对大脑(人或狗)的感知,或者换句话说,类似于视错觉。
下一步是问同样的关于距离和空间的问题。宇宙中是否只有有限数量的位置,一个令人难以置信的巨大数字,但却是有限的。换句话说,当我们从 A 点移动到 B 点时,我们是以微小的增量还是跳跃移动,从一个位置移动到下一个位置,相隔的距离远小于原子中两个质子之间的距离。更准确地说,距离可能等于普朗克长度. 理论物理学的一个结果是不可能测量比这更小的距离。因此,我们不仅可以潜在地通过空间中的离散跳跃移动,而且还可以通过时间上的离散跳跃,以及宇宙其他维度的离散跳跃,这是我们不知道的。一个暗示是物质不是连续密集的,甚至我们人类,也大多是由虚空构成的。
那代表宇宙绝大多数的宇宙中的虚空呢?它算不算宇宙的一部分?人们可能会问同样的关于时间的问题:它主要是由虚无构成的吗?也就是说,任何人都无法在任何特定时刻访问的时间——简而言之,无论出于何种目的,时间都不存在。换句话说,我们生活的离散时间实例之间是什么?当然,这些空隙会在我们生活的所有维度中演变,无论是空间、时间还是其他任何维度。
斯蒂芬霍金还提出,除了空间和时间之外,宇宙的额外维度可能非常薄,因此不会被人类注意到,就像黄道平面几乎是平的(二维),尽管它不可能完全平. 事实上,地球的北极和南极位于理论黄道平面的上方和下方(除非你是平地人,但即便如此,山脉也有一定的高度)。因此,这架飞机不可能真的是完全平坦的。它不可能是平面,它是 3-D(至少)。我在这里要说的是,宇宙中未知的额外维度可能像黄道平面一样“平坦”。
你可能想知道为什么我的文章标题是关于一个少于三个维度的宇宙,当我不断添加更多时,我并不是在质疑霍金斯关于宇宙的十一维的说法。但在提供解释之前,让我们再思考一点。由微分方程支配的人造宇宙定律虽然非常精确,但从来都不是完全正确的。这可以解释为什么量子物理学和相对论不一致,还没有人找到统一的理论。即使在数学中,实数形成连续统的说法也面临一些挑战:绝大多数数字是不可计算的;简而言之,不可访问,就好像它们不存在一样,就好像它们是人脑的构造。看这里. 有些人可能会争辩说,宇宙是离散系统和连续系统的组合,而不是完全离散或完全连续的。
现在让我们讨论宇宙的维数。没有人会质疑我们居住的地方——我们的宇宙——的混乱本质。就好像我们生活在一个分形宇宙中,其中每个维度实际上都是一个分形维度。绘制在 2-D 屏幕上的 2-D 分形的维数实际上小于 2。它具有所谓的 Hausdorff 维度,请参见此处。分形似乎在不断地填充空间,它在空间中确实是稠密的(使用稠密这个词的数学定义)。但是你用肉眼是看不到的,那里布满了微小的孔洞,它们确实很多,实际上,它几乎完全由这些孔洞(或空隙)组成。如果你把宇宙的所有豪斯多夫维度加起来,每个维度实际上都是一个“小于一”的维度,那么你最终可能会得到一个小于三个维度的宇宙。
我用下图说明了“空白空间”或“虚空”的概念,其中展示了黎曼 zeta 函数的一维轨道的特殊情况。我说“一维”是因为它是二维空间中的一条曲线;就像一条直线,它应该有一个维度。然而,它似乎完全填满了平面的整个部分,人们可能会说它有两个维度。但是如果你测量它的面积,它是零。即使在其最密集、最黑暗的部分,绝大多数潜在位置也永远不会被轨道访问。如果那个轨道本身,一维曲线,充满了很多洞(对应于前面提到的实线上不可计算的数字)怎么办?用于显示轨道的时间参数是连续的,但可能不是。确实,我使用微小的增量计算了轨道,其中有很多,但数量有限,而且都是可计算的。然而,在视觉上它看起来是连续的。此外,在下图中,当您查看轨道时,屏幕上的像素数量有限。即使理论上可行,我也不可能在笔记本电脑上计算出所有位置:我必须使用有限多个可计算增量,否则它需要的电能比宇宙中可用的总能量还要多,而且需要无限多即使计算机以远超光速的速度处理数据,时间也是如此。我在这里的意思是(如果这个轨道应该代表宇宙的一个自然特征)是它的维度不仅小于 2,尽管看起来,它甚至可能小于 1。
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