高维空间真的存在吗

高维空间起源于上世纪著名的一种假说“超弦理论”，如果得到证实的话，将是我们科学史上的一次崭新突破。谈及人类如今的科学发展，真是突飞猛进，我们在百余年内取得的辉煌成就，简直三天三夜也讲不完。 古代任何一个拥有着远见卓识的智者，都不可能想象得到二十一世纪人类的生活方式。但是，我们的科学理论，仍然有着很多不完善的地方，许多假说也并没有得到证实。 比如说，所谓的“高维空间”。高维空间的理论，其实最早起源于爱因斯坦的“广义相对论”。上世纪著名物理学家爱因斯坦，把时间，空间，引力看成是一种几何关系，人类处在三维空间中；而宇宙中最高等级的结构，则是四维空间。 在四维空间内，人们可以看到时间和空间的变化，也就是所谓的“知过去未来”。后来，随着爱因斯坦的逝世，物理学界群龙无首，各种理论众说纷纭，一批学者为了把“四大力”和一些新兴科学理论结合起来，就发明了所谓的“超弦理论”。 超弦理论认为，万事万物都是由看不见摸不着，神秘莫测“弦”组成的，而宇宙中最高等级的构造，则是“十维空间”。从这里开始，“高维空间”的说法，终于成型了。 在这套体系中，据说四维空间能让我们看到时间和空间的“线性结构”，但是人类不能介入其中，否则会引起“外祖母悖论”；五维空间里，人类则会失去固定的形体，变得“无所不在”，随意穿梭平行世界。 十维空间内，一切变化都会停滞，十维生命则可以反掌之间把宇宙压扁，让维度重塑，并且修改物理定律，几乎与“造物主”相差仿佛。传说，神级文明，就存在与十维空间之中。

在文学中，有很多小说中讨论了额外维度的存在。另一方面，在物理学中，我们的宇宙包含超过三个空间维度的可能性是在20世纪20年代爱因斯坦广义相对论之后首次提出的。现代弦理论--试图使爱因斯坦的观点与量子力学定律相一致--甚至假定了世界包括了多达10个维度。














在完全不同的背景下，由伊曼纽尔·布洛赫教授和奥德齐尔伯格教授领导的一个国际研究小组，现在已经展示了一种在现实世界实验中观察高维空间的方法。

利用被周期性调制的二维超晶格所束缚的超原子，科学家们可以观察到一种新的量子霍尔效应的动力学版本，这种效应将在四维系统中发生。当带电粒子在二维平面上运动时，就会产生霍尔效应。磁场产生洛伦兹力，使粒子在与其运动正交的方向偏转。这体现在横向霍尔电压的出现中。

1980，克劳斯·冯·克利辛做出了一个了不起的发现：在低温和强磁场下，这种电压只能得到一定的量子化值。此外，无论实验样品的具体性质如何，这些值都是相同的。这一惊人的事实后来被证明，它与描述电子在如此低能量下的行为的量子力学波函数的拓扑有关--这是大卫·索利斯于2016获得诺贝尔物理学奖的开创性工作。

2013，奥德.齐尔伯格和合作者们认识到，四维量子霍尔效应的关键特征也应该在二维特定的随时间变化的系统中显现，即拓扑电荷泵，这构成了高维模型的一个动态版本。1983，Thouless指出，通过周期性地调制一维系统，可以产生粒子的量子化输运，这种反应在数学上相当于二维量子霍尔效应。因此，在正交方向上组合两个这样的系统，就可以观察到4D中预测的非线性霍尔电流。














伊曼纽尔·布洛赫集团现在已经做到了这一点。首先，原子云被冷却到接近绝对零度，并放置在二维光学晶格中。这种光学晶格是由一定波长的反射激光束沿两个正交方向的干涉产生的。由此产生的电位类似于鸡蛋盒状的“光晶体”，原子在其中移动。通过在每个方向加入另一束不同波长的激光束，就形成了一个所谓的超晶格。

研究人员可以通过在同一轴上引入不同波长光束之间恒定的微小角度来实现所提出的二维拓扑电荷泵，同时通过稍微移动附加激光束的波长，在正交方向上动态地改变势的形状。

当在时间上调节电势时，原子主要朝调制的方向移动，并以量子化的方式移动--这是与Thouless预言的二维量子霍尔效应对应的线性(即1d)响应。

但除此之外，慕尼黑团队也观察到横向上有轻微的漂移，尽管在整个实验过程中，这个方向的晶格势仍然是静态的。这种横向运动相当于非线性霍尔响应--这是4D霍尔效应的本质特征。通过仔细监测和分析在这个过程中原子在超晶格中的位置，科学家可以进一步证明这种运动是量子化的，从而揭示了4D中霍尔效应的量子性质。














这一结果现在已经发表在“自然”杂志上，并由美国的一个研究小组进行了补充性的工作，该研究小组利用光子结构研究了由于4D量子霍尔效应而伴随着这一运动的复杂的边界现象。这些论文共同提供了高维量子霍尔系统物理的第一次实验，这为未来提供了许多迷人的前景。这些问题包括我们理解宇宙的基本问题，如量子关联和维数的相互作用，宇宙磁场的产生和量子引力。

















哈佛大学的物理学家丽莎.蓝道尔（Lisa.Randall）曾在实验室做过一个关于核裂变的实验，在这个实验的过程中她意外地发现，有一些微粒竟然凭空消失了。根据丽莎.蓝道尔的介绍，这些微粒既没有留下能量，也没有转变成其他物质，就这样“莫名其妙地不见了”。

对于这个现象，科学家认为，这些微粒很可能不是凭空消失，而是进了入另一个隐藏的维度中，这个维度其实就在我们身边，但却因为太过细微以至于我们无法观测到。














高维空间和灵魂关系的 探索

据凤凰卫视报道：美国时间2010年5月3日，哈佛大学著名物理学家、量子物理学家美女教授丽莎·蓝道尔向媒体宣称，自2001年以来联合美国著名物理学家John Swegle、康涅狄克大学的心理学教授肯耐斯－瑞恩博士、荷兰Rijnstate医院心血管中心的沛姆－凡－拉曼尔医生、美国著名心理学家雷蒙－穆迪博士、英国著名外科医生山姆－帕尼尔研究灵魂是否存在的科学证据。

经过9年的精心研究和无数次的试验。已经取得了突破性的进展，证明灵魂确实存在，有望将在2012年向全人类庄严宣告灵魂存在的最权威的科学证据。届时人们不得不佩服人类祖先的智慧，在几千年前就认为有灵魂存在。同时丽莎·蓝道尔也担心，一旦科学界公布灵魂存在的证据，世界上很多人将不惧怕死亡，自杀或极端事件也将上升。这是她不希望看到的结果。

科学家们试图通过粒子对撞机 探索 量子宇宙，重现约140亿年前诞生宇宙的大爆炸后的情形。哈佛美女教授挑战爱因斯坦，认为还有另一个神秘空间和世界存在。在哈佛大学的一间实验室里，一位女教授正在做一个核裂变的实验。突然，她发现一个微粒竟然离奇地消失得无影无踪。它会跑到哪儿去？女教授大胆提出一个新的设想：我们的世界中存在一个人类所看不到的第五维空间。

丽莎·蓝道尔大胆设想立刻引起了国际物理学界的震惊。根据爱因斯坦的广义相对论，人类生存的三维空间加上时间轴，构成的是“四维时空”。于是，哈佛美女教授挑战爱因斯坦的消息一时传遍了全球。那么，这个神秘的第五维空间到底是什么？这位美女教授丽莎·蓝道尔说：“在我的一次实验中，一些微粒莫名其妙地消失了，我认为它们是跑到了我们看不到的另外的空间里去了。它们其实离我们并不遥远，只是很好的隐藏了起来。”

蓝道尔将这个“我们看不到的空间”称为“第五维空间”。如果蓝道尔所说的第五维空间存在，那么为什么我们会看不到它？蓝道尔教授解释说：“这个额外存在的维度非常微小，如果某些事物足够的小，你就不能够感受到它的存在。”

中国科学院理论物理研究所的研究员李淼解释：这就好比我们看来就是一根线的物体，如果用放大镜观察，就可以发现其实里面还有另外的世界——里面的纤维有粗有细，有不同的方向。这就是我们看不见蓝道尔教授假设的第五维空间的原因，因为维度太小了。李淼解释说，“四维”是一个时空的概念。它是指人类存在的三维空间再加上一个时间。这是爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的概念。我们的宇宙是由时间和空间构成；时空的关系，是在空间的架构上，即在普通三维空间的长、宽、高三条轴外，又加上了一条时间轴。

在蓝道尔教授的理论中，如果第五维空间真的存在，那么很可能还存在着另一个神秘的三维世界。这就是说，我们人类生活在一个无限大的五维空间中，不过，我们只能感知到其中的四维———空间和时间，另有一个维度我们无法看见。然而，就在这五个维度共同组成的空间中，还有另一个不为我们所知的三维世界存在。蓝道尔说，那个“世界”的物质组成将完全不同于我们所能感知的这个世界——其化学成分和存在的力与我们的世界全然不同。在第五维空间，唯一与我们分享的就是重力。只有重力产生的能量，可以穿梭于两个不同的“世界”。

目前，科学家们正在努力找出重力以外可以穿梭于两个不同“世界”的其他物质。这样一来，就可以找出存在于五维空间中的世界，甚至发现时光隧道。不过，蓝道尔认为，人类目前还没有能力离开赖以生存的这个世界。如果发现了第五维空间，就可以解决物理界一直以来的一个谜团：与电磁力和其他力相比，重力为什么会如此脆弱？比如，一块小小的磁铁就可以将曲别针吸起来，要知道，磁铁的对手事实上是拥有地心引力的整个星球！

蓝道尔透露说，最快在明年（2011年），她就可以把“第五维空间”从假设变成全新的理论。这是因为，欧洲原子核研究中心(CERN)目前正在瑞士和法国的边境地下100多米深处，兴建一台世界规模最大的大型粒子对撞机。粒子对撞机正式投入使用后，便可观察是不是有粒子消失，进入了人类看不到的“第五维空间”。届时，一条周长27公里的环形隧道将把两束质子加速到接近光速，然后让它们以每秒8亿次的速率迎面相撞，释放出大量比质子更小的粒子，从而重现宇宙形成时发生大爆炸的情形。如果届时有粒子消失无踪，就可以证实后者进入了人类看不到的“第五度空间”。

早在1919年，波兰人T-卡卢兹就将爱因斯坦的广义相对论推广到“五维时空”。此后，另一位科学家O-克雷恩将其发展而形成了新的Kaluza-Klein理论。

蓝道尔教授说，在Kaluza-Klein模型中，存在这样一些粒子，它们的一些物理特性让人们感到很奇怪，比如质量。在这个模型里，这些粒子的质量总是莫名其妙地增加了。这些增加的质量是哪来的呢？“我们认为，这些质量一定跟额外维度空间中产生的动力有关。”蓝道尔说，“它们依靠额外空间中的几何学存在，而这个额外维度空间可能就是看不见的第五度空间。所以，我们要想寻找第五度空间，其中一种方法就是寻找这样一些粒子。”

现年45岁的丽莎曾因美貌荣登美国《 时尚 》杂志，被誉为哈佛美女教授。身为哈佛大学理论物理学专业的博士，丽莎多年来潜心研究引力、时空的额外维度、膜宇宙模型和弦理论。她的代表著作《弯曲的旅行：揭开隐藏着的宇宙维度之谜》，由于深入浅出地谈论了人类身处其中的宇宙故事，一举入选《纽约时报》2005年 “100本最佳畅销书”之列。2007年，丽莎被美国《时代》杂志评选为全球“100名最有影响力人物”之一，被公认为当今全球最权威的额外维度物理学家。

高维空间是一种物理学的理论啊，这是一种理论，但并不代表现实就真的存在这个高危的空间，应该说很多科学家都从各方面论证过，但是理论上的论证只是理论，我们不能拿出任何一个切实有效的证据来证明三维空间之上存在更高维度的空间。 我们所处的是三维的空间长宽高加上一个时间时间是贯穿于所有空间的一个量，所以它不算，理论上来说四维空间就是把无数个三维空间叠加在一块，那个时候时间的功能会有所拓展，不过并不明显，等到了第六维度乃至第七维度，时间的功能将得到大大的拓展，到了最高的10位乃至十一维空间宇宙将变成一个点，这个点包含了所有的可能性，是目前的我们想象力都触及不到的。 虽然说上世纪提出过超弦理论m理论，然后霍金也曾经写过时间简史，是关于时间的各种各样的概念，爱因斯坦写的相对论里面也曾经提到过时间和空间的相对性，但是这些是超越时代的东西，它到底对还是不对，目前我们没有办法去验证，爱因斯坦的相对论，其中有一定有一部分能够被现实所验证了，所以爱因斯坦的相对论基本是正确的，但是所谓的更高维度的空间到底是什么样的我们还不知道。 人类曾经模仿空间的叠加，制造过一些物品，比如说在三维世界中能够造出来的跨越维度的莫比乌斯环，他就没有正反面，他本来是二维的东西，但是人类在三维空间更高维度的空间把它倒出来了，它就变成了跨越维度的东西，人类根据这个进行模仿发明的克莱因瓶，但是我们现在造不出来，因为克莱因瓶只有在四维空间才能真的造出来。

我们人类是立体三维世界中的生命，这是肯定的。目前为止，多维空间仅是我们的理论推测，真实存在性还没有得到证实。如果说多维空间真的存在，我们人类也是感知不到的。因为低维度空间中的生物感知不到高纬度空间的事物，而且不但感知不到，可能连想象都无法想象到。







举一个例子吧:我们经常有人问这么一个问题:“如果上帝是万能的，那他能不能造出一块他自己无法举起的石头，然后把它举起来？上帝不是万能的吗？”这很明显在我们看来就是个无法破译的悖论。但是，在四维空间中的生物看来，这个问题也许就很简单。如果有读者无法理解这一点，我再退一个纬度举一个例子:有一天，在平面二维空间中，有两个二维生物在争论:“如果上帝是万能的，那他到底能不能造出两条既不相交也不垂直的直线呢？”我们知道，在同一个平面内，两条直线要么垂直，要么相交。可是，作为“上帝”的我们是在三维世界中呀，在三维世界中，当然可以造出两条既不相交也不垂直的直线了。这个在二维生物看来它们是完全不能理解的，就像我们理解不了四维空间中是什么样子一样。




我们虽然生活在三维空间里，可是眼睛看到的场景却是二维平面的、是一幅画面。为什么这么说呢？还是得举个例子:现在，在你眼前有一个大木板，木板离你近些。还有一个红色小球，小球离你远些。此时这个小球开始滚动，但是你的视线不要随着小球移动，于是小球滚到了木板后面，从你的平面视线范围内“消失”了。但是它并没有真正消失，此时，拿开木板，小球还在呢。也就是说它在二维平面中消失了，但是在三维世界中却还在；那么，请让我们的思维再进一个空间纬度:一个物体在三维世界中消失了，随着时间的流逝它不知道究竟去哪里了。可是，在四维空间中却依然还可以看见它，因为四维空间相对三维空间，增加了一条时间线。从这条时间线一看，就能看到未来和过去的东西。




若以此类推，宇宙中曾经消失的所有事物，它们是不是最终都到了一个地方？它们是不是都存在于最高纬度的十维空间呢？虽然我们完全想象不到十维空间是什么样子，但是，十维空间是不是就是宇宙的“收容所”呢？

低纬度空间的生物无法看到高纬度空间的生物，但是四维空间的生物却可以把我们的一切看得清清楚楚。比如一个二维平面“纸片人”在我们面前，我们是不是可以看到它身体的一切？同样的，我们在四维空间生物的眼中，极有可能是连体内的器官都被他们看的很清楚。有人甚至说，找不到外星人的原因之一就是，他们和我们是生活在异度空间的。

多维空间究竟是不是真实存在，可能就有待我们长久 探索 了。仅仅我们这个三维空间里，每天就有这么多各种各样的故事上演着，所以它也很精彩呀，同时，还有不少的未解之谜。