宇宙空間理論

宇宙空間理論高一一班王鑫許可祖母悖論和平行時(shí)空如果一個(gè)人真的“返回過(guò)去”，并且在其外祖母懷他母親之前就殺死了自己的外祖母，那么這個(gè)跨時(shí)間旅行者本人還會(huì)不會(huì)存在呢？這個(gè)問(wèn)題很明顯，如果沒(méi)有你的外祖母就沒(méi)有你的母親，如果沒(méi)有你的母親也就沒(méi)有你，如果沒(méi)有你，你怎么“返回過(guò)去”，并且在其外祖母懷他母親之前就殺死了自己的外祖母。這就是“外祖母悖論”。對(duì)于“外祖母悖論”，物理界就產(chǎn)生了平等歷史(也叫“平行宇宙”)的說(shuō)法。這一理論中，世界不是只有一個(gè)，而是有許多平行的世界存在，按照如今的歷史過(guò)程：羅馬帝國(guó)時(shí)代、大英帝國(guó)時(shí)代、工業(yè)時(shí)代、第一次世界大戰(zhàn)、第二次世界大戰(zhàn)、如果將整個(gè)工業(yè)時(shí)代去掉，那至此以后的歷史軌跡將會(huì)得到巨大的改變，或者兩次世界大戰(zhàn)都不會(huì)出現(xiàn)，又或者世界大戰(zhàn)將會(huì)在我們的另外一個(gè)平行的世界里存在，也就是說(shuō)另外一個(gè)世界如今的我們可能正在遭受著戰(zhàn)爭(zhēng)的陰影。這個(gè)時(shí)候“外祖母悖論”就有了合理的解釋：一個(gè)人可以回到過(guò)去殺死自己的外祖母，但這將導(dǎo)致世界進(jìn)入兩個(gè)不同的軌道，一條中有那個(gè)人（原先的軌道），而另一條中沒(méi)有那個(gè)人。根據(jù)多世界的理論，每當(dāng)記錄下一個(gè)觀測(cè)結(jié)論或者做出一個(gè)決定時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)道路分支。那當(dāng)然，世界更寸步的分裂發(fā)生在量子層，即使原子中的一個(gè)電子從一個(gè)能量級(jí)變化至另一個(gè)能量級(jí)，或者說(shuō)兩個(gè)電子自旋的方向不一致也會(huì)導(dǎo)致不同的可能性發(fā)生而所有不同的可能性分裂出一個(gè)宇宙。李連杰的電影《Theone》救世主里，就運(yùn)用了“平行宇宙”的概念，把宇宙大約分為平行的125個(gè)。莫比烏斯圓環(huán)與維度莫比烏斯圈(M?biusstrip,M?biusband)是一種單側(cè)、不可定向的曲面。因A.F.莫比烏斯(AugustFerdinandM?bius,1790-1868)發(fā)現(xiàn)而得名。將一個(gè)長(zhǎng)方形紙條ABCD的一端AB固定，另一端DC扭轉(zhuǎn)半周后，把AB和CD粘合在一起，得到的曲面就是莫比烏斯圈，也稱莫比烏斯帶。公元1858年，兩位德國(guó)數(shù)學(xué)家莫比烏斯和JohannBenedictListing分別發(fā)現(xiàn)，一個(gè)扭轉(zhuǎn)180度后再兩頭粘接起來(lái)的紙條，具有魔術(shù)般的性質(zhì)。與普通紙帶具有兩個(gè)面(雙側(cè)曲面)不同，這樣的紙帶只有一個(gè)面(單側(cè)曲面)，一只小蟲(chóng)可以爬遍整個(gè)曲面而不必跨過(guò)它的邊緣！這一神奇的單面紙帶被稱為“莫比烏斯帶”(M?biusstrip)。物理唯獨(dú)事實(shí)上的物理維度是多樣的，我們熟知的是三個(gè)空間維度和一個(gè)常聽(tīng)說(shuō)的時(shí)間維度。物理中的維度是從數(shù)學(xué)上定義的。而空間維度應(yīng)當(dāng)只有三維。零維向任意方向(方向是任意的)生長(zhǎng)就形成了一維線(直線)，一維線延法線方向(方向在一個(gè)平面內(nèi)，所以是法平面,是二維的)生長(zhǎng)就形成二維面，同理，二維面延法線方向(方向固定了，在一直線上)生長(zhǎng)得到三維體。而三維體在空間上已經(jīng)沒(méi)有生長(zhǎng)可能，用推論法可知,零維點(diǎn)有三維生長(zhǎng)方向，一維線有二維平面為生長(zhǎng)方向，二維平面有一維線為生長(zhǎng)方向。生長(zhǎng)方向隨空間維度的升高而遞減。三維體的生長(zhǎng)維數(shù)為零。所以三維空間不可能生長(zhǎng)成四維空間，四維的稱為時(shí)空，時(shí)間維度是獨(dú)立在空間維度之外的物理維度。而這樣的制造是可以科幻一下的。然而也還是幻的成份多一點(diǎn)。因?yàn)椴煌S度的能量顯然是不能交換的，否則永動(dòng)機(jī)就真是有根有據(jù)啦。線是一維的，參數(shù)是點(diǎn)。面是二維的，參數(shù)是線。體是三維的，參數(shù)是面。以此類推，以體為參數(shù)構(gòu)成的空間就是四維空間，通常理解為時(shí)空，從很多書中可以看到類似的說(shuō)法。那么以時(shí)空為參數(shù)構(gòu)成的空間應(yīng)該就是五維空間，我們?nèi)祟惸軌蚋兄闹挥?維了。第四個(gè)維度至今難以定論，但是我們初步認(rèn)為它是時(shí)間。）莫比烏斯圓環(huán)與維度莫比烏斯帶本身具有很多奇妙的性質(zhì)。如果從中間剪開(kāi)一個(gè)莫比烏斯帶，不會(huì)得到兩個(gè)窄的帶子，而是會(huì)形成一個(gè)把紙帶的端頭扭轉(zhuǎn)了兩次再結(jié)合的環(huán)（并不是莫比烏斯帶），再把剛剛做出那個(gè)把紙帶的端頭扭轉(zhuǎn)了兩次再結(jié)合的環(huán)從中間剪開(kāi)，則變成兩個(gè)環(huán)。如果你把帶子的寬度分為三分，并沿著分割線剪開(kāi)的話，會(huì)得到兩個(gè)環(huán)，一個(gè)是窄一些的莫比烏斯帶，另一個(gè)則是一個(gè)旋轉(zhuǎn)了兩次再結(jié)合的環(huán)。另外一個(gè)有趣的特性是將紙帶旋轉(zhuǎn)多次再粘貼末端而產(chǎn)生的。比如旋轉(zhuǎn)三個(gè)半圈的帶子再剪開(kāi)后會(huì)形成一個(gè)三葉結(jié)。剪開(kāi)帶子之后再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后重新粘貼則會(huì)變成數(shù)個(gè)Paradromic。莫比烏斯帶常被認(rèn)為是無(wú)窮大符號(hào)“∞”的創(chuàng)意來(lái)源，因?yàn)槿绻硞€(gè)人站在一個(gè)巨大的莫比烏斯帶的表面上沿著他能看到的“路”一直走下去，他就永遠(yuǎn)不會(huì)停下來(lái)。由莫比烏斯圓環(huán)得到的克萊因瓶在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中，克萊因瓶（Kleinbottle）是指一種無(wú)定向性的平面，比如2維平面，就沒(méi)有“內(nèi)部”和“外部”之分。克萊因瓶最初的概念是由德國(guó)數(shù)學(xué)家菲利克斯·克萊因提出的。克萊因瓶和莫比烏斯帶非常相像。克萊因瓶的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，一個(gè)瓶子底部有一個(gè)洞，現(xiàn)在延長(zhǎng)瓶子的頸部，并且扭曲地進(jìn)入瓶子內(nèi)部，然后和底部的洞相連接。和我們平時(shí)用來(lái)喝水的杯子不一樣，這個(gè)物體沒(méi)有“邊”，它的表面不會(huì)終結(jié)。它也不類似于氣球，一只蒼蠅可以從瓶子的內(nèi)部直接飛到外部而不用穿過(guò)表面（所以說(shuō)它沒(méi)有內(nèi)外部之分）由莫比烏斯得到的克萊因瓶克萊因瓶的維度意義其實(shí)：克萊因瓶是一個(gè)在四維空間中才可能真正表現(xiàn)出來(lái)的曲面，如果我們一定要把它表現(xiàn)在我們生活的三維空間中，我們只好將就點(diǎn)，只好把它表現(xiàn)得似乎是自己和自己相交一樣。事實(shí)上，克萊因瓶的瓶頸是穿過(guò)了第四維空間再和瓶底圈連起來(lái)的，并不穿過(guò)瓶壁。用扭結(jié)來(lái)打比方。如果把它看作平面上的曲線的話，那么它似乎自身相交，再一看似乎又?jǐn)喑闪巳亍５鋵?shí)很容易明白，這個(gè)圖形其實(shí)是三維空間中的曲線，它并不和自己相交，而且是連續(xù)不斷的一條曲線。在平面上一條曲線自然做不到這樣，但是如果有第三維的話，它就可以穿過(guò)第三維來(lái)避開(kāi)和自己相交。只是因?yàn)槲覀円阉嬙诙S平面上時(shí)，只好將就一點(diǎn)，把它畫成相交或者斷裂了的樣子。克萊因瓶也一樣，這是一個(gè)事實(shí)上處于四維空間中的曲面。在我們這個(gè)三維空間中，即使是最高明的能工巧匠，也不得不把它做成自身相交的模樣；就好像最高明的畫家，在紙上畫扭結(jié)的時(shí)候也不得不把它們畫成自身相交的模樣。有趣的是，如果把克萊因瓶沿著它的對(duì)稱線切下去，竟會(huì)得到兩個(gè)莫比烏斯環(huán)。推算四維空間的物體形態(tài)從點(diǎn)——線——面——體——？四維空間的想象四維以上的，屬于高維模型。高維模型，分?jǐn)?shù)學(xué)與物理兩個(gè)概念。在數(shù)學(xué)上，多維有很多模型。理論上，維數(shù)可以很高，模型很多。但是滿足“交換不變”這一性質(zhì)的很少，所以，有人認(rèn)為四維空間是物理維度的上限。但是，也有人認(rèn)為會(huì)有更高物理維數(shù)。不斷進(jìn)行思考，這有益智力。因?yàn)槭艿轿锢項(xiàng)l件的約束，因此盡管在數(shù)學(xué)上，多維有很多模型，可是在物理理論上，維數(shù)不可