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我们知道宇宙具有四个维度,但是为什么只有四个而不是五个或更多?
弦理论家声称,宇宙具有许多维度:0、11、26,但是除4之外的所有维度都很小,我们看不到它们。
我不是故意要那样说。我说的是真正的第五维,该维与其他四个维相同,并且不弯曲。
关于宇宙可以具有第五维的想法是在认识到宇宙具有四个维之后提出的。1919年,也就是爱因斯坦发表广义相对论的仅仅四年之后,一位名叫Kaluza的科学家就提出了这一建议,并将他的工作寄给了爱因斯坦。卡卢扎必须解释为什么第五维度可以无形地存在。
卡鲁扎
如果您和我在宇宙中的某个地方相遇,我只需要给您三个数字(例如宽度,长度和高度)和时间。我不必在第五维度上固定我们的集合点。
卡卢扎(Kaluza)对为什么看不到第五维的解释是一个称为圆柱体标记的假设。这个想法很简单:我们看不到第五维度,因为在第五维度中所有事物都是一样的,就像一块矩形面包。如果您只想切一个切片,无论切在哪里,都一样。
每个人都认为这是一个坏主意,这就是为什么一位名叫克莱因(Klein)的科学家后来说:不,尺寸不相同,只是很小的体积。后来,弦理论家使用当今的Kaluza-Klein理论建立了他们要描述的所有事物的理论。
但是,如果卡卢扎(Kaluza)是对的,假设宇宙具有第五维,那么一切都一样,但是如果不完全一样,该怎么办呢?
这是第五维的一些含义
基本思想是,宇宙具有第五维,但我们通常看不到该维,这不是因为一切都完全相同,而是因为当我们测量某物时,我们只能感知到平均值或随机值。
如果是这样,则意味着量子力学不是偶然的,而是经典运动在很大程度上不可见的结果。
让我们看一个类比:想象一个密封的煤气箱;气箱处于平衡状态,因此其状态不会随时间变化;如果我们将气压计或温度计放在盒子里,读数总是一样的,例如B.1个大气压和20摄氏度。但是,盒子中的所有单个气体分子都在不断移动。因此它会随着时间而变化,但是我们看不到这种变化,因为我们太大了,只能测量平均值,而该值永远不会变化。
量子力学也是如此。我们的宇宙不仅在时间上发生变化,而且在第五维上也发生变化。
与时间相反,熵总是增加。在第五维中,熵本质上是恒定的。常数熵使运动在该维度上不可见,我可以通过以下示例进行说明:
思想实验
假设我们要创建一个可以测量第五维变化的时钟。这个时钟永远不会准时。相反,它只是应该改变另一个维度,我将其称为量子维度。
所有时钟的工作均基于特定的工作过程,即将势能转换为动能的过程,例如掉落的岩石或水,旋转的行星,释放的源或分解的放射性原子。看来我们可以将量子维数改变一些?可以确定类似的变换。
在这个维度上,引入了类似于动能的东西,这是使整个过程有效的量子物理学的必要组成部分。因此,我们可以基于已经准备好的量子场来构建时钟,并基于测量它们在这种动能形式中的变化来准备它。
现在时钟依赖于另一个原理,即熵的增加。这是一个比较微妙的主题,但是要记录时间的流逝,我们需要至少知道两个时间点,过去的时间点和现在的时间点时钟必须做一些有用的工作,需要精力和精力。熵的增加。这提供了时钟的方向,以区分过去和现在。没有它,过去和将来的所有时刻都将是相同的。因此,时钟无法在量子维度上工作;在任何时间点,删除刻度的概率等于添加刻度的概率,因此,最终得到的刻度的数量平均为零。
思考第五维的另一种方法是,它像时间一样运动,因为我们在它上面运动(与空间不同,我们可以通过加速度自由移动),但是与时间不同,没有箭头。时间之箭使我们可以感知它。没有箭,没有过去,没有未来,只有现在。解决此问题的一种方法是一起观察量子流和时间流,并创建一个随时间变化的混合时钟。我们是否可以在量子尺寸的变化和时间区分之间切换?
布朗运动是一个很好的类比
目前,我们实现此尺寸的唯一方法是感知量子测量中始终在此尺寸中发生的单个波动。这些不是平均值,而是随机量度。
这有点像观察布朗运动并观察气体和液体中微小物体的振动。除非我们在显微镜下观察很小的物体,否则布朗运动通常对我们是不可见的,然后通过可见振动,例如花粉不断被周围的液体分子轰击。
因此,当我们观察到诸如单个粒子的光或电子之类的量子效应的行为时,我们可以知道该维度,但是我们无法直接感知通过它的流动。
您可以使用布朗运动来制作时钟。只需将一块花粉放在一个点上,然后记下它的放置位置。随着时间的流逝,它将遵循所谓的随机运动。平均而言,行进距离与经过时间的平方根成正比。如果流体处于平衡状态,则可以观察并记录。我们可以在量子力学中做同样的事情吗?
通过第五次元透镜,量子物理学不再是神秘或陌生的。量子物理学的所有奇特效果,如何将它们变成多个物体,然后在观察时突然变成一个物体,它们的非局部性质可以解释为第五维古典运动。
因此,卡卢扎(Kaluza)也许是对的,但是他没有把发现与量子物理学联系起来是错误的。相反,他的理论是经典极限的量子版本。
支持卡鲁扎理论的更多理由。
有更多的理由支持卡卢扎的观点,因为当您将第五维与爱因斯坦的时空相对论结合时,就会得到一个理论,其中五维广义相对论等于四维和电磁论。电磁是引力的第五维。
如果您像卡卢扎(Kaluza)这样进行严格的圆柱假设,您将得到这两个力。但是,如果稍微放松一下,您也可以证明物质本身只是第五维时空曲率的变化。这意味着没有实际的问题,只有时空几何。
保罗·韦森(Paul Wesson)一直是这个想法的主要支持者,直到他去世为止。基本思想是,当我们假设五个维度时,我们就无所谓了。我们只需要真空中的爱因斯坦理论即可。(该理论不能解释像力测量这样的许多量子现象,因此是不完整的。)韦森的方法严格地是经典的,而我的方法是完整的量子理论(尽管不是通用理论)。因此,它解释了第五维不仅是电磁和材料,还包括量子物理学和我们在该理论中观察到的所有奇异现象。
我们如何确定?
第五维是对还是错取决于我们观察时是否能脱离标准理论。例如,差异之一可能是观察过程的不同性能取决于它,无论它们是在一维流动还是实际上是随机的。这个想法称为遍历性,遍历性是一个非常有趣的术语,它指的是在一定时间段内对物理过程进行平均,并在其配置空间中对物理过程进行平均的等价关系。气体箱中的分子。可能的布置空间。一盒分子可以称为遍历,因为所有可能的构型都是在无限时间内实现的。
如果无法在无限长的时间内完成系统的配置,我们说它不是遍历的;如果量子理论是五维流动,那么任何非遍历量子系统都与标准量子理论不同,因为标准量子理论基于配置空间的平均值。
另一个可能性是,即使所有物质和力都是遍历遍历的,有些可能没有所谓的热力学极限,也就是说,它们的标准量子理论根本不存在。引力可能是这种情况,在这种情况下,引力理论可以存在而其标准量子理论不存在。斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在他关于黑洞的热力学理论中遇到了这个问题。黑洞的热力学极限在标准统计理论中不存在,而是以时间流的形式存在。如果我们在第五维运动但不知道它,则绝不意味着我们不能通过这样做来影响我们的运动。例如,爱因斯坦证明,我们可以通过加速或靠近具有强引力的物体(例如中子星或黑洞)来改变运动。我们可能无法及时旋转180度,但在一定程度上可以做到这一点。第五个方面可能是相似的。在这种情况下,发现和学习如何操作它可以为4D开辟多种科学和技术可能性根本无法提供。