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但是,它是在哪个方向上呢?可以把它分成两个方向:向北三厘米,向东四厘米。如果规定朝北为正,朝南为负;朝东为正,朝西为负,那么,你就能用两个数字来确定这个点了:+3和+4。
或许,你可以这样说:这个点离开零点有5厘米远,并且与东西方向成36.87°的夹角。这时还是需要两个数字:5和36.87°。无论你怎么干,总得有两个数字,才能在平面上确定一个点。因此,平面或平面的任意一部分都是二维的。
现在,假设有一个象房间内部那样的空间。一个固定点X可以这样确定:它在某个零点以北5厘米,以东2厘米,以上15厘米。你也可以用一个长度数字和两个角度数字来确定这个位置。不过,无论用什么方法,都需要有三个数字,才能确定房间里(或者是宇宙里)一个点的位置。
因此,房间也好,宇宙也好,都是三维的。
假设有这样一种空间,要想确定其中的某个确定的点,必须用四个(或是五个,或者是十八个)数字才行,那么,它就是一个四维的(或五维的,或十八维的)空间。在我们这个普通的宇宙里,并不存在这样的空间,但是,数学家却能够想象出这种“超空间”,并且还能推断出这种空间里的数学图形会具有什么性质。他们甚至还研究出在任意维空间中的数学图形所具有的性质。这就是“n维几何学”。
但是,如果我们所研究的不是固定的点,而是位置随时间而变化的点,又该怎么办呢?如果你打算确定的是在房间里飞着的一只蚊子,那么,就需要给出三个普通的数字:南-北、东-西、还有上-下。接着你还得给出第四个数字来表示时间。因为这只蚊子只在某个瞬间才会位于空间的某个位置,你必须把这个瞬间也判断出来。
宇宙间的任何事物都是如此。我们占有空间——它是三维的;此外,一定还要加上时间,才能得到一个四维的“时空”。不过,对时间和其他三个“空间维”不能同样看待,在某些关键的方程组中,三个空间维带有正号,而时间维则必须带有负号。
因此,我们一定不要说时间是第四个维,而只能说时间是某个第四维,而且它与其他三维不同。
第42节
当你第一次在爱因斯坦的相对论里见到“弯曲空间”这个字眼时,恐怕是会感到困惑的,真空怎么能是弯曲的呢?你怎样能使它弯曲起来呢?
为了弄明白这是怎么一回事,先让我们这样想象:在一艘宇宙飞船里,有人在仔细观察附近的一颗行星。这颗行星的表面完全被深深的海洋覆盖着,因此有着象台球那样的光滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿赤道线朝正东方向行驶着。
现在再进一步设想一下,这位观察者根本看不见这颗行星,而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路线时,他会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己的出发点,从而描绘出一个完整的圆周。
如果这条船改变路线,航道就会变得弯弯折折的,不再是个简单的圆周。但是,不管它怎么改道,无论它怎么行进,它的航线总是在一个球面上。^米^花^书^库^ ;http://__
根据所有这些事实,这位观察者可能会推断出,这条船被束缚在一个看不见的球体的表面上,而束缚它的力正是指向球体中心的重力。要不,他就可能会认为,这条船被限制在一块特殊的空间里面。这块空间是弯曲的,而且弯曲成一个球形,从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说,我们必须在一个力和一种空间几何形态之间作出选择。
你大概会认为这是一种想象出来的局面,但实际上并非如此。地球这颗行星是沿着椭圆路线绕着太阳运行的,正象一条船在某个看不见的曲面上行驶一样。至于这条椭圆路线,我们是假设太阳和地球之间有一种引力来解释的,正是这种引力使地球保持在它的轨道上。
不过,我们也可以从空间几何形态来考虑问题。我们不是通过观察空间本身——空间是看不见的——而是通过考察物体在这种空间里的运动方式,来确定这种空间的几何形态。如果空间是“平坦的”,各种物体就会走直线从这个空间中通过,如果空间是“弯曲的”,各种物体就会走出弯曲的路线来。
一个具有确定质量和速度的物体,如果在离开其他质量都很远的地方运动,那么,它的路径真的可以说是一条直线。而当它走近另一个质量的时候,它的路径就会变得越来越弯曲,显然,是质量把空间弯曲了。质量越大,离质量越近,空间弯曲的曲率就越大。
把万有引力看作是一个力,看来要比用空间几何形态去解释它方便得多,也自然得多。但是,如果在考虑光的行进时,情形就会颠倒过来。按照比较旧的观点,光是不受重力影响的,因为它没有质量。然而,当光在弯曲空间里穿过时,它的路径也会弯曲起来。把光的速度考虑进来,它在太阳这个巨大质量的附近经过时路径的弯曲就能计算出来了。
1919年,爱因斯坦的这一理论(发表于三年之前)在一次日蚀期间受到了检验,人们把太阳位于空间某处时靠近太阳的某些恒星的位置,与太阳不在此处时这些恒星的位置进行了比较。结果,爱因斯坦的理论站住脚了。用弯曲空间来讨论万有引力,看来要比用力学术语更为精确。
不过,我们还应该提一下,1967年,人们对太阳的形状所进行的精密测量,发现爱因斯坦的引力理论出了问题,今后将会发生些什么情况?还得等着瞧。
第43节
每一种亚原子粒子都会产生下列四种不同作用中的一种或几种。这四种作用是:引力作用、电磁作用、弱相互作用和强相互作用。每一种作用都从它的发源处散播出来,成为一种“场”,而且在理论上是弥散在整个宇宙之中的。大量粒子所产生的同一种场可以叠加起来,产生极其强大的合成场。因此,尽管引力场是这四种场里最弱的一种,太阳——由大量粒子构成的物体——的引力场却是很强大的。
位于这样一种场中的两个粒子将被场所推动,或者互相靠近,或者互相离开,这要看粒子与场的本性是怎样的,粒子的加速度则取决于这两个粒子之间的距离。这种加速度往往又被解释成是“力”所引起的,所以我们就要谈到“力场”。从这种意义上说,场的确是存在的。%米%花%书%库% ;http://www。7mihua。com
不过,我们所知道的力场总是有物质作为它们的起源;一旦物质没有了,力场也不复存在了。但在科学幻想小说中,总有某些无需物质存在的强大力场被想象了出来。因此就会出现那么一段真空,它对粒子和辐射能起到阻拦作用,正好象这段真空竟是一块两米厚的钢块一样。真空里会出现各种原子间的作用力,但却根本不存在产生这些力的原子。这种“无物质力场”作为一种科学幻想的手法倒是颇为方便的,但是,老天在上,根据我们今天所掌握的科学知识来看,这种手段是太缺乏依据了。
“超空间”是科学幻想作品中的又一个挺方便的手法,这是作者用来绕过光速这个障碍的。
为了弄清楚这是怎么一回事,设想有平摊开来的很大的一张纸,纸上面有相距六米的两个点,再设想有一只行动极缓慢的蜗牛,它一小时只能走一米,显然,它要用六个小时才能从一个点走到另一个点。
不过,如果我们把这个两维的纸片在第三个维上弯曲一下,就会使这两个点靠近起来。如果这时这两个点只相隔一毫米,而且不知怎么一来,那只蜗牛也能跨越过这两个点之间的空间,那么,只消几秒钟,它就能从一个点到达另一个点了。
现在可以来类比一下:如果有两颗恒星彼此相距五十光年。那么,一艘飞船以最大的速度——光速——飞行,从一颗恒星飞到另一颗恒星,也得花五十年的时间(从这两颗恒星中的任意一颗上来看),这会产生许多麻烦事来。因此,科学幻想小说家想出一个使情节简化的法子:他们假设具有三维结构的空间能�