高維空間以及額外維度的存在問題,一直是物理學研究的前沿。
因為很多物理現象,在三維空間中已經無法理解和解釋。
關於物理學裡曾經有一個著名的實驗:量子糾纏實驗,證明了相互糾纏的量子可以在遠距離瞬間相互聯絡。
當時愛因斯坦就猜測,肯定存在著一種尚未探測的物理量或者是更高的維度,使量子在超過3維度的情況下發生聯絡。所以才會出現瞬間聯絡的超光速無數倍現象。後來,科學家貝爾設計了一個貝爾檢測實驗,來檢測是否存在額外的維度。
但是,現在經過越來越嚴格的實驗證明,額外的維度在貝爾檢測中是不存在的。
然而,這並不能否認整個宇宙中不存在額外的高維度。已故著名物理學家霍金就認為在黑洞中存在著連線高維度的通道:在三維空間中黑洞是封閉的,在高維度黑洞是開放的。
可以在一張紙上畫一個封閉圓圈,對於平面上爬行的螞蟻來說,這個圓環就是封閉的,但是在我們人類看來,它是開放的。
在數學裡,維度和矩陣的階數是相關的。在三維空間中每一個點的座標,可以由三個獨立的數字表示,它們分別對應於x、y和Z軸。
在任意N維空間中的向量,可以由基本向量和座標向量的乘積來表示。我們知道,力都是向量,所以在物理學裡,力也可以用矩陣來描述。
物理學最大夢想是實現4種力的大統一。現在電磁力、弱互作用力和強互作用力已經實現了統一。這種所謂的統一,就是用統一的矩陣形式來進行描述。電磁力是1階矩陣,弱互作用力是2階矩陣,強互作用力是用3階矩陣表示的。
如果引力能夠完成統一,在數學形式上要求有一個5階矩陣。
所以,從物理學的發展方向上來說,如果數學能夠描述萬物,那麼必然存在更高的維度,對應數學裡的高階矩陣。
當然,額外的高維度可能存在於更大的空間,也可能存在於更微小的空間。先討論第1種情況,額外的高維度存在於更廣大的空間中,整個宇宙都附著在其上。
根據目前人類對整個宇宙的觀測,我們宇宙是一個封閉的球體。這個球體和我們通常看到的球體是不一樣的。
宇宙的性質和附著在三維球體上的二維球面的性質類似。
從我們宇宙任何一個點筆直向前出發,只要經過足夠長的時間,就會回到起點,這樣的球體是一個三維超球體。
正如二維球面附著在三維球體上一樣,三維超球體也會附著在一個四維度的超結構上。根據科學家們的觀測,我們的封閉宇宙正在膨脹,這個膨脹的速度是每100萬秒差距(326萬光年)每秒鐘膨脹70公里。
這個膨脹的過程可以想象成往一個氣球裡面吹氣,引起氣球表面擴張的過程。
所以從地球上看宇宙中的遙遠星系都會發現在做遠離地球的退行運動。正如在一個不斷擴張的氣球表面觀察任何周圍的一點,都會發現在做遠離自己的運動。
那麼,是不是在四維空間中存在著什麼力量來讓我們的三維宇宙膨脹呢,這是有可能的。
2020年的諾貝爾物理獎獲得者,數學物理學家彭羅斯提出,宇宙是一個輪迴迴圈,這樣的迴圈必須附著在更高的維度上。如果在更高的維度存在著智慧的生命,他們看我們的三維封閉宇宙就是開放的。他們看我們的人體也是開放的,如果他們願意,確實可以操縱我們人類。
當然,還有另外一種可能,更高的維度蜷縮在更微小的世界裡。
著名數學家丘成桐證明了在有6個維度的微小空間,可以存在一個無質量分佈的引力場,這就是所謂的卡拉比~丘成桐空間。
這個空間非常小,比質子的半徑還要小,無法用儀器檢測,但是它的存在是合理的。根據《計算神經科學前沿》(Frontiers in Computational Neuroscience)發表的一項研究,藍腦專案國際研究人員團隊獲得了神經科學領域從未見過的結果。
藉助代數拓撲的數學方法,科學家研究了人類大腦中的網路結構,最新的研究成果表明,人腦所包含的結構和形狀可能具有多達11個維度。
所以,生命體本身很可能含有通向連線高維度的結構,而這些連線高維度的結構,很可能就是生命之所以有生命的本質特徵。在這個前提下,人體就是高維度生命附著在三維空間中的共生體。而人類死亡就是高維度生命體和三維空間肉體之間的分離過程。
我們常說,肉體是由靈魂控制的,很可能靈魂就來自於高維度,是一種高維度的生命,這種生命非常微小,與量子尺度相當。
也許,這就是生與死的本質。