2018-12-18 00:29:47 佚名

努力奮鬥79227196

宇宙中是否存在五維空間是一個有爭議的話題。

如果在物理上進行解釋，那麼五維空間就是比通常的三個空間維度和相對論物理中使用的第四維時間要多一個。五維是一種抽象，經常出現在數學中，同時也是數學中一種合法的結構。在物理和數學中，一個序列號Ñ 可以被理解為表示一個位置在Ñ維空間。

圖二維正交投影一個的五維結構

五維的物理意義和歷史背景

許多關於五維空間的早期工作是在試圖開發一種理論，它統一了四個基本相互作用的性質：強和弱核力，重力和電磁力。德國數學家西奧多·卡魯扎和瑞典物理學家奧斯卡·克萊因自主研發的卡魯扎-克萊因理論在1921年問世，它使用第五維度來統一引力與電磁力。雖然他們的方法後來被發現至少一部分不準確，但這一概念為過去一個世紀的進一步研究提供了基礎。

為了解釋為什麼這個維度不能直接觀察到，克萊因建議將第五維度捲成一個10-33釐米的微小緊湊循環。在他的推理下，他將光想象為一種擾動，這種干擾是由於人類感知之外的更高維度的波紋造成的，類似於池塘中的魚只能看到由雨滴引起的水面上的漣漪陰影。雖然無法察覺，但它間接暗示了看似無關的力量之間的聯繫。

由於超弦理論和超引力的出現，卡魯扎-克萊理論在20世紀70年代經歷了復興：現實是由振動的能量線組成的概念，這個假設在十個維度或更多維度上僅在數學上可行。超弦理論隨後演變成一種稱為M-理論的更廣義的方法。M-理論提出了一個潛在的可觀察的額外維度，除了允許存在超弦的十個基本維度之外。其他10個維度被壓縮或“捲起”，大小低於亞原子水平。

第五個維度難以直接觀察，儘管大型強子對撞機提供了記錄其存在的間接證據的機會。

數學方法是在20世紀初開發的，將第五維視為理論構造。這些理論提到了希爾伯特空間，這個概念假定無數個數學維度允許無限數量的量子態。愛因斯坦，伯格曼和巴格曼後來又嘗試過四維擴展時空的廣義相對論為額外的物理維度包括電磁，但是他們都沒有成功。在1938年的一篇論文中，愛因斯坦和伯格曼是第一批引入現代觀點四維理論的科學家，與之相吻合的愛因斯坦 - 麥克斯韋理論源自五維理論，在所有五個維度上都具有完全對稱性。他們認為電磁學是由第五維“極化”的引力場引起的。

愛因斯坦和伯格曼的主要新穎之處在於認真考慮第五維作為物理實體，而不是將度量張量和電磁勢結合起來。但他們後來反對，修改理論以打破其五維對稱性。正如Edward Witten所建議的那樣，他們的推理是，該理論的更對稱版本預測了一個新的長距離場的存在，一個既無質量也有標量，這需要對愛因斯坦的廣義相對論進行基本修改。

1993年，物理學家Gerard't Hooft提出了全息原理，該原理解釋了有關額外維度的信息可見為時空中的曲率，其尺寸較小。例如，全息圖是放置在二維表面上的三維圖像，其在觀察者移動時給圖像提供曲率。類似地，在廣義相對論中，第四維在可觀察的三維中表現為移動的無窮小（測試）粒子的曲率路徑。物理學家Gerard't Hooft推測第五個維度其實是時空結構。