長期以來，人們一直認(rèn)為，當(dāng)我們的宇宙誕生時(shí)，空間的三個(gè)維度和時(shí)間的一個(gè)維度從大爆炸中誕生：這個(gè)事件使我們看到周圍的一切——從氫和氦融合形成恒星和幫助行星合并，形成黑洞和星系，甚至我們自己的存在——可能，

然而，關(guān)于宇宙不只是表現(xiàn)空間的三個(gè)維度和時(shí)間的三個(gè)維度的傳統(tǒng)信念存在一些爭論。事實(shí)上，在混合中加入幾個(gè)額外的維度實(shí)際上解決了我們?nèi)栽谂υ跇?biāo)準(zhǔn)物理模型框架內(nèi)理解的幾個(gè)更棘手的問題。

那么我們的宇宙真的可以有不止一個(gè)維度的時(shí)間嗎？

愛因斯坦對(duì)我們所知道的關(guān)于宇宙如何在宏觀尺度上運(yùn)作的大部分知識(shí)負(fù)責(zé)。他的廣義相對(duì)論和狹義相對(duì)論在塑造我們對(duì)物理學(xué)的整體理解方面發(fā)揮了重要作用，但弦理論和量子物理學(xué)對(duì)我們即將進(jìn)行的討論非常重要，但在愛因斯坦去世時(shí)仍處于起步階段。從那時(shí)起，兩者都已成為完全充實(shí)的假設(shè)，但兩者的某些方面與愛因斯坦的工作不一致。在我們進(jìn)入所有這些有趣的東西之前，什么是維度，我們?nèi)绾沃浪鼈兇嬖冢?/p>

讓我們從我們?nèi)粘Ｉ钪刑幚淼娜齻€(gè)維度開始：它們可以概括為長度、寬度和高度，直線將被認(rèn)為是一維的。它只有長度，沒有厚度，并且可以在兩個(gè)方向上永遠(yuǎn)傳播。二維物體，例如圓形或正方形等扁平物體，具有寬度和高度，但沒有深度或“厚度”。任何具有長度、寬度和高度的東西都被認(rèn)為是三維的，正如我們所知，時(shí)間是更加難以捉摸的第四維……因此，為什么宇宙的結(jié)構(gòu)被正式稱為時(shí)空，而不僅僅是簡單的空間。

這就是弦理論的討論開始發(fā)揮作用的地方。

那么，什么是弦理論？

傳統(tǒng)物理學(xué)斷言，宇宙由3個(gè)空間維度和1個(gè)時(shí)間維度組成。宇宙本身的體積大部分是空的，但我們可以觀察到的被認(rèn)為只有大約 5% 的“正常物質(zhì)”（想想質(zhì)子、電子、中子、夸克等），大約 27% 是由稱為暗物質(zhì)，而剩下的 68% 則歸因于一種神秘的未知力量，據(jù)信它會(huì)導(dǎo)致宇宙膨脹，即暗能量。

弦理論，用最簡單的術(shù)語來說，告訴我們想象宇宙的結(jié)構(gòu)和其中的一切都不是由點(diǎn)狀粒子組成的，而是由難以理解的細(xì)弦組成——甚至比最小的弦還要小原子。

時(shí)間可能不止一維嗎？

這些弦以它們自己的特殊頻率振動(dòng)，可以想象我們所感知的點(diǎn)狀粒子實(shí)際上根本不是粒子，而是細(xì)小的弦，它們“只有 10^33 厘米長。寫得很長，這將是一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，后跟 32 個(gè)零，然后是 1。一些人認(rèn)為，弦的長度與質(zhì)子的直徑之比與質(zhì)子與太陽系直徑的比值相同。

這些字符串有兩種不同類型：一種是開放的，另一種是封閉的——盡管兩者都太小而無法用當(dāng)前的技術(shù)觀察到。顧名思義，開放的弦就像不接觸末端的波浪線，而封閉的弦則相反——它們形成環(huán)并且沒有開放的末端。

渲染顯示開放字符串和封閉字符串之間的差異

然而，為了讓弦論發(fā)揮作用，數(shù)學(xué)要求必須存在許多額外的空間和時(shí)間維度。如果我們找到這些其他維度的證據(jù)，如果額外維度的數(shù)量從 10 到 26 不等，這不僅會(huì)改變我們對(duì)量子物理學(xué)的理解，而且我們離創(chuàng)造一個(gè)有凝聚力和可信的“理論”更近了一步。一切。”一種同時(shí)符合量子物理學(xué)和宏觀物理學(xué)的理論——比如自然力和重力，這絕非易事。

會(huì)不會(huì)有額外的時(shí)間維度？

像往常一樣，很多這些理論論點(diǎn)都可以追溯到愛因斯坦的工作。忽略愛因斯坦的信念時(shí)間可能只是一個(gè)非常復(fù)雜的錯(cuò)覺，關(guān)于時(shí)間是否可能存在額外維度的問題可能是一個(gè)確定的問題。事實(shí)上，通過研究自然的基本力和物理定律是如何受時(shí)間影響的，一些天文學(xué)家認(rèn)為，投入至少一個(gè)額外的時(shí)間維度將解決剩余的最大的宇宙學(xué)難題之一。

你看，我們?nèi)匀徊恢酪烤故鞘裁矗蛘咚绾瓮耆绊懣梢姾筒豢梢姷奈镔|(zhì)。我們最好的猜測，再次是愛因斯坦理論，認(rèn)為重力是時(shí)空扭曲產(chǎn)生的力。物體越大，它周圍的時(shí)空扭曲得越多，它的引力也就越強(qiáng)。如果我們不必將我們的引力理論與量子理論結(jié)合起來，那一切都會(huì)很好，但我們這樣做了，這就是問題所在。

我們目前對(duì)引力的理解與量子力學(xué)的其他元素根本不一致。剩下的自然力——電磁力和強(qiáng)弱核力——都適合微宇宙的框架，但不適合引力。希望弦理論可以幫助解開這個(gè)謎團(tuán)。至少一位物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間不僅僅是一維的。

南加州大學(xué)的理論物理學(xué)家 Itzhak Bars 說，“時(shí)間不僅是一個(gè)維度，還有兩個(gè)維度。直到現(xiàn)在，我們完全沒有注意到一個(gè)完整的維度。”

他還描述了額外的空間維度是如何“一目了然”的，他說：“額外的空間維度并不容易想象——在日常生活中，沒有人注意到三個(gè)以上。你所做的任何舉動(dòng)都可以被描述為三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)——上下、前后或橫向。類似地，任何位置都可以用三個(gè)數(shù)字（地球上的緯度、經(jīng)度和高度）來描述，對(duì)應(yīng)于空間的三個(gè)維度。然而，其他維度也可能存在，如果它們蜷縮成小球，小得無法察覺。如果你穿過其中一個(gè)維度，你會(huì)很快回到開始的地方，以至于你永遠(yuǎn)不會(huì)意識(shí)到自己已經(jīng)移動(dòng)了。”

“真的可以有一個(gè)額外的空間維度，它太小以至于我們看不到它，”

時(shí)間的額外維度意味著什么？

你做到這一步了嗎？恭喜。結(jié)論值得涉足所有這些復(fù)雜的想法。

物理學(xué)大多認(rèn)為時(shí)間必須是一個(gè)維度，但肯定有物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間只是人類的構(gòu)造。其他人則認(rèn)為時(shí)間的維度必須比以前認(rèn)為的更多。這對(duì)物理學(xué)意味著什么，這應(yīng)該是真的嗎？

這意味著，“時(shí)間旅行概念的綠燈。如果時(shí)間是一維的，就像一條直線，那么連接過去、現(xiàn)在和未來的路線是明確定義的。添加另一個(gè)維度會(huì)改變時(shí)間變成一個(gè)二維平面，就像一張白紙。在這樣的平面上，過去和未來之間的路徑會(huì)自己循環(huán)，讓你在時(shí)間中來回穿梭。那將允許各種荒謬比如說著名的祖父悖論。這種情況下，你可以在你母親眨眼之前回去影響你的祖父，從而阻止你自己的出生。”

二維時(shí)間讓每一個(gè)看起來都不是初學(xué)者。然而在 1995 年，當(dāng) Bars 在 M 理論（一種統(tǒng)一所有一致超弦理論版本的理論）中發(fā)現(xiàn)額外的時(shí)間維度是可能的時(shí)，他決定仔細(xì)研究一下。當(dāng)他這樣做時(shí)，Bars 發(fā)現(xiàn)當(dāng)他添加一個(gè)額外的維度時(shí)，M 理論中所有 11 個(gè)假定維度（10 個(gè)空間維度和 1 個(gè)時(shí)間維度）共有的一個(gè)關(guān)鍵數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)保持不變。 “在一個(gè)條件下，”Bars 說。 “額外的維度必須像時(shí)間一樣。”

你如何看待弦論、量子引力和額外的時(shí)間維度？