众所周知,虽然物理学的分支很多,但各个分支之间大都默契的遵循着如下三条规则。
1. 物理规律对于任何维数都是成立的。
2. 物理规律满足确定性和因果律。
3. 物理规律满足局域性,即没有相互作用的两个物体之间不存在关联。
物理规律对于任何维数都成立这一点,在弦理论横空出世后也遭到了挑战。事实上在数学上,只要考虑的是弯曲空间,即使是相对简单的局部欧几里得的流形,维数概念也绝不是简单增加坐标这么简单,其中充斥着浓厚的几何与拓扑的味道。
我们知道弦理论所预言的时空不是4维的,而是26维的:25维的空间加1维的时间。后来利用超对称把时空维数降到了10维:9维空间加1维时间。为什么要对维数加以限制呢?其重要的原因在于为了满足狭义相对论中光子的静质量为零这样一个限制条件。
后来爱德华•威腾提出M理论将已有的5种弦理论统一起来,时空的维数也从10维升格到了11维。我们所能感受到的世界只有4维时空,那么剩下的空间维数哪去了呢?弦理论认为剩余的空间是以卡拉比-丘流形的形式被蜷缩起来了。这说明我们的宇宙有可能在大爆炸时最初就是11维的,随着宇宙的膨胀(特别是极早期的暴胀),3维空间和1维时间的尺度不断变大,成为我们现在看到的样子。
由此我们可以想象,4维时空也许并不是客观规律的本质和必然,只是因为在宇宙演化进程中一些偶然因素的影响,使3维空间和1维时间优先扩张变成了现在的样子。也就是说可能存在别的宇宙其时空维度并不是4维,因而在那些宇宙中物理规律会表现出不同的形式和特征,比如引力会由于空间维数的增加而更大。从另一个角度看,即使在我们的宇宙中其它的维度也未必是铁板一块,有可能通过某种极端的方式打开。能想到的进入高维空间(甚至时间)的极端天体莫过于黑洞了,毕竟在4维时空里黑洞是一个无限深的洞。就像在一张2维的橡皮膜上,当被重物无限拉伸后,就具有了第3个维度。
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