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空如果一個人真的“返回過去”，并且在其外祖母懷他母親之前就殺死了自己的外祖母，那么這個跨時間旅行者本人還會不會存在呢？這個問題很明顯，如果沒有你的外祖母就沒有你的母親，如果沒有你的母親也就沒有你，如果沒有你，你怎么“返回過去”，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”)的說法。這一理論中，世界不是只有一個，而是有許多平行的世界存在，按照如今的歷史過程：羅馬帝國時代、大英帝國時代、工業(yè)時代、第一次世界大戰(zhàn)、第二次世界大戰(zhàn)、如果將整個工業(yè)時代去掉，那至此以后的歷史軌跡將會得到巨大的改變，或者兩次世界大戰(zhàn)都不會出現(xiàn)，又或者世界大戰(zhàn)將會在我們的另外一個平行的世界里存在，也就是說另外一個世界如今的我們可能正在遭受著戰(zhàn)爭的陰影。這個時候“外祖母悖論”就有了合理的解釋：一個人可以回到過去殺死自己的外祖母，但這將導致世界進入兩個不同的軌道，一條中有那個人（原先的軌道），而另一條中沒有那個人。根據(jù)多世界的理論，每當記錄下一個觀測結(jié)論或者做出一個決定時，就會出現(xiàn)一個道路分支。那當然，世界更寸步的分裂發(fā)生在量子層，即使原子中的一個電子從一個能量級變化至另一個能量級，或者說兩個電子自旋的方向不一致也會導致不同的可能性發(fā)生而所有不同的可能性分裂出一個宇宙。李連杰的電影《Theone》救世主里，就運用了“平行宇宙”的概念，把宇宙大約分為平行的125個。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。將一個長方形紙條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，兩位德國數(shù)學家莫比烏斯和JohannBenedictListing分別發(fā)現(xiàn)，一個扭轉(zhuǎn)180度后再兩頭粘接起來的紙條，具有魔術般的性質(zhì)。與普通紙帶具有兩個面(雙側(cè)曲面)不同，這樣的紙帶只有一個面(單側(cè)曲面)，一只小蟲可以爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣！這一神奇的單面紙帶被稱為“莫比烏斯帶”(M?biusstrip)。物理唯獨事實上的物理維度是多樣的，我們熟知的是三個空間維度和一個常聽說的時間維度。物理中的維度是從數(shù)學上定義的。而空間維度應當只有三維。零維向任意方向(方向是任意的)生長就形成了一維線(直線)，一維線延法線方向(方向在一個平面內(nèi)，所以是法平面,是二維的)生長就形成二維面，同理，二維面延法線方向(方向固定了，在一直線上)生長得到三維體。而三維體在空間上已經(jīng)沒有生長可能，用推論法可知,零維點有三維生長方向，一維線有二維平面為生長方向，二維平面有一維線為生長方向。生長方向隨空間維度的升高而遞減。三維體的生長維數(shù)為零。所以三維空間不可能生長成四維空間，四維的稱為時空，時間維度是獨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。因為不同維度的能量顯然是不能交換的，否則永動機就真是有根有據(jù)啦。線是一維的，參數(shù)是點。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)構成的空間就是四維空間，通常理解為時空，從很多書中可以看到類似的說法。那么以時空為參數(shù)構成的空間應該就是五維空間，我們?nèi)祟惸軌蚋兄闹挥?維了。第四個維度至今難以定論，但是我們初步認為它是時間。）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)。如果從中間剪開一個莫比烏斯帶，不會得到兩個窄的帶子，而是會形成一個把紙帶的端頭扭轉(zhuǎn)了兩次再結(jié)合的環(huán)（并不是莫比烏斯帶），再把剛剛做出那個把紙帶的端頭扭轉(zhuǎn)了兩次再結(jié)合的環(huán)從中間剪開，則變成兩個環(huán)。如果你把帶子的寬度分為三分，并沿著分割線剪開的話，會得到兩個環(huán)，一個是窄一些的莫比烏斯帶，另一個則是一個旋轉(zhuǎn)了兩次再結(jié)合的環(huán)。另外一個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)三個半圈的帶子再剪開后會形成一個三葉結(jié)。剪開帶子之后再進行旋轉(zhuǎn)，然后重新粘貼則會變成數(shù)個Paradromic。莫比烏斯帶常被認為是無窮大符號“∞”的創(chuàng)意來源，因為如果某個人站在一個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，他就永遠不會停下來。由莫比烏斯圓環(huán)得到的克萊因瓶在數(shù)學領域中，克萊因瓶（Kleinbottle）是指一種無定向性的平面，比如2維平面，就沒有“內(nèi)部”和“外部”之分?？巳R因瓶最初的概念是由德國數(shù)學家菲利克斯·克萊因提出的?？巳R因瓶和莫比烏斯帶非常相像?？巳R因瓶的結(jié)構非常簡單，一個瓶子底部有一個洞，現(xiàn)在延長瓶子的頸部，并且扭曲地進入瓶子內(nèi)部，然后和底部的洞相連接。和我們平時用來喝水的杯子不一樣，這個物體沒有“邊”，它的表面不會終結(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表面（所以說它沒有內(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：克萊因瓶是一個在四維空間中才可能真正表現(xiàn)出來的曲面，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，只好把它表現(xiàn)得似乎是自己和自己相交一樣。事實上，克萊因瓶的瓶頸是穿過了第四維空間再和瓶底圈連起來的，并不穿過瓶壁。用扭結(jié)來打比方。如果把它看作平面上的曲線的話，那么它似乎自身相交，再一看似乎又斷成了三截。但其實很容易明白，這個圖形其實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，它就可以穿過第三維來避開和自己相交。只是因為我們要把它畫在二維平面上時，只好將就一點，把它畫成相交或者斷裂了的樣子?？巳R因瓶也一樣，這是一個事實上處于四維空間中的曲面。在我們這個三維空間中，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稱線切下去，竟會得到兩個莫比烏斯環(huán)。推算四維空間的物體形態(tài)從點——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，分數(shù)學與物理兩個概念。在數(shù)學上，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，有人認為四維空間是物理維度的上限。但是，也有人認為會有更高物理維數(shù)。不斷進行思考，這有益智力。因為受到物理條件的約束，因此盡管在數(shù)學上，多維有很多模型，可是在物理理論上，維數(shù)不可