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也来侃一下时空 2013-07-01 05:51:40

紫荆棘鸟博的精彩的闲侃系列给大家带来了对时空这个古老的话题的又一次热情。因为这里涉及到了哲学甚至神学的问题,我也来凑一下热闹。

 

紫博闲侃系列的最新一篇的题目是“为什么空间是三维的”,这是一个看似简单其实蛮深刻的问题。记不清到底是谁先提出三维空间的概念的(欧几里得?),不过因为笛卡尔的三维坐标系能确定欧式空间的任意点的位置,它对于人们建立起三维空间的概念一定是有帮助的。而笛卡尔的三维坐标之所以成立是因为欧式空间中过任意一点所做的任意一组彼此垂直的线的最大数目是三,虽然在任意一点可以做出无穷多组这样的彼此垂直的线来,但是任意的这样一组线中最多只能有三根线,也就是说欧式空间的向量基底的数目为三。所以说,欧式空间(也就是我们日常生活中所说的空间)是三维的。

当然,因为欧式空间的概念本身是对生活经验的反映,所以上面的解释也只能回答“为什么说”这个问题,而不能回答“为什么”这个问题。

紫博的文章中还提到了人类在过去大半个世纪中对于时空的一个与三维空间密切相关的理论发展,这就是M-Theory。有人称M-Theory为妈妈理论,有人称它为薄膜理论,有人称它为奥秘理论,还有人称它为魔术理论。这个理论中提出了十一维的时空,不过比对它的名字的含义的解释中的分歧更深刻的是关于这十一维的意义的解释,有人认为这十一维只是一种数学上的权宜之计,也有很多人认为它是物理实在的反映。

虽然早就听说过妈妈理论,但是作为非物理专业的我对这一理论真正开始感兴趣是大约十来年前(也可能是七,八年前)读过的一本关于妈妈理论的科普哲学书。非常可惜的是记不清谁是作者,也记不清书名了,而且好象还没有买,只是在书店里蹭看的。不过我记得这样几点:作者是一位女教授,根据书中的作者介绍,她是早期进行妈妈理论研究的人群之一,而最关键的是,书中提到最早期的妈妈理论都认为我们四维时空以外的那七维时空是卷曲的(curled up),但是她不这么认为,而且从数学上完全不需要让那七维卷曲,可以是与我们的宇宙的四维一样展开的。自那以后我也一直没有怎么太跟踪妈妈理论的进展,这次因为紫博的文章的缘故我又到网上去搜索,发现进展不大。虽然未能查到我前面提到的那本书,不过认为所谓的多余空间不必卷曲的也还是有人在。

这里要特别指出的一点也是最有趣的一点,那就是认为那多余的空间应该卷曲的人的依据居然是“我们看不见那多余的维数”,这就使得这个原本看来是物理的探索变成了一个哲学的或神学的问题了。

从哲学上说,用“看不见”或“感觉不到”来作为在理论上要求多余的空间卷曲的理由在逻辑上是说不通的,这是因为看不见的原因可以有很多。比如,这可能是因为我们的感官或测量手段的局限,就好比一个穿了隐身衣的人明明在那里可别人却看不到,或者一个诺大的隐身飞机明明在天上飞雷达却看不到或看上去很小;也可能就好比二维面上的智能(假想存在这样的智能)看不到我们三维空间的物体一样,是因为我们在它们的存在区域之外。所以,用看不到测不着来作为一个理论上否认多余空间的延展性的理由在哲学上是站不住脚的。

 

而与这个哲学问题密切相关的是神学问题。这里所说的神学还不局限于我们通常所说的与宗教信仰有关的神学,而是包括了科学家们通过他们的想象而得出的他们的科学神经能够接受的神学。


以看不见测不着为理由假定多余的(时)空间是卷曲的一个前提是我们的四维时空宇宙是唯一的宇宙。有宗教信仰的人不应该对这种假设过于认真,因为所有的宗教信仰都相信存在着一种我们肉眼看不见但是却了解我们的超自然力量。所以,对于有宗教信仰的人来说,如果有十一维时空的话,我们四维以外的七维是不需要卷曲的。另外,包括被认为是当代无神论的领军人物的霍金在内的很多物理学家提出了另一种可以让那多余的空间甚至时空不卷曲的假设:平行宇宙假设。他们认为在我们的宇宙之外还有着无穷多的宇宙。其实,虽然这种平行宇宙的假设让霍金他们的科学主义的神经感到舒坦些,由于那平行的宇宙不在我们的四维时空中,同宗教信仰所相信的超自然一样,人们可能永远也测不到那平行的宇宙,至少现在不行。所不同的是,过去千百年里关于超自然的见证有过千千万万,而关于平行宇宙目前还只是纯假想而已。。。。。。

 

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文章评论
作者:慕容青草 留言时间:2013-07-02 16:20:42
寡言兄好!

谢谢评论。。。寡言兄何时从物理专业转而对历史那么感兴趣了?。。。其实,我一直觉得,与这里的很多理科的人的看法正相反,人文比自然科学要难的多呀。。。尤其是哲学。。。。。。为了一个妈妈理论,大数学家们都去玩命地搞出一个什么Calabi-yau模型,而前提居然是因为那些多余的(时)空维是看不见的这么一个在哲学上根本站不住脚的理由。。。可见,科学家们离开了哲学会出现什么样的荒唐境况。。。。。。
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作者:寡言 留言时间:2013-07-02 16:12:18
很喜欢这种主题。

我虽然是学物理的,但必须承认对最新的时空理论毫无所知。也许这表明物理学科在近年进展有多快吧!
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作者:慕容青草 留言时间:2013-07-01 07:53:28
紫荆棘鸟博:

欢迎来访。。。谢谢评论。。。

我想关于三维空间的议题可能存在两个层次的问题,一是“为什么是三维”,这是对空间本质的原因的质询,而紫博引用Bertrand的理论就是要回答这个问题,另一个层次是“为什么说是三维”,这是对于人们的认识过程或认识理由的质询,对于这个质询的答案本身是个历史性的问题,而在这历史中人们的认识首先来自几何学,而不是动力学。。。。。。


其实,我对这个问题的最大兴趣不在于三维的问题本身,而在于这是一个批驳霍金的“哲学死了”的论调的最佳例证。。。。。。人们因为不同的哲学和神学而直接影响了高端物理研究过程中的对于诸如7维(时)空间是否因卷曲的选择。。。而这种选择本身不是trivial的,而是要有诸如Calabi和姚这种数学大拿呕心沥血地做出一个卷曲的模型,然后大家都跟进的一个大工程。。。。如果这种思路从哲学上就是错的。。。如果7维(时)空间本身就不是卷曲的,那么数学上可能就要走完全不同的道路。。。。。当然,Calabi和姚的工作不管怎么说可能都不会是白做的。。。。。

而霍金的那个平行宇宙本身就打破了7维卷曲论,是用科学来替代传统宗教的神学而走向新的科学主义神学的典型例证。。。。。。这一点本身就已经否定了他所说的“哲学已死”的论调。。。。因为明显的这已超出了科学家的领地了。。。。。

这里需要指出的是我在上面用的是(时)空间。。。。。这本身就是一个哲学加神学的问题。。。。。。因为,如果我们的四维时空宇宙是唯一的,那么就不应该有两个时间,但是如果我们的四维时空宇宙不是唯一的,哪怕是有平行宇宙,我们都无法确定时间维是唯一的。。。。。。。

再次谢谢紫博的精彩系列和来访评论指教。。。。。
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作者:紫荆棘鸟 留言时间:2013-07-01 06:33:50
从 Bertrand 出发的解释可能是最好的解释 (why 空间 is 3-dimensional),但是即使有一定的道理,它应该也没有说到本质上 --- 反正我是这么认为的。而且那种解释还有很大的局限:
1) 不能回答别的宇宙是几维的
2) 甚至不能解释我们这个宇宙是不是全部都是3-维的
这样的问题基本上还是个“哲学”问题。
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