星际穿越interstellar五维空间解释

  在腾讯视频的好莱坞影院看了个电影【星际穿越Interstellar】,描述了五维空间,很突破的空间科幻电影,什么叫五维空间呢?

五维空间解释

先来科普两个概念

1. 何为虫洞:虫洞又称时空洞,两端连接了不同的时空。最形象的显示比喻就是莫比乌斯环,如果把换切开,大家都是处在同一个平面上,两端的距离是非常远的。但是当把它拼接起来,形成一个莫比乌斯环的时候,两端的距离就会变得非常近,连接点我们就可以看作是一个虫洞。不过迄今为止,科学家们还没有观察到虫洞的存在的证据。


2. 五维空间:我们生活中所处的空间可以理解为三维空间,也可以理解为立体空间,四维空间中,把连续性作为了新的一维,一般大家都会把连续性理解为时间,其实这个是不确切的。所以问题来了,何为五维空间?五维空间就是有N多个四维空间构成的空间,也就是所谓的时间平面,我们可以想象,一个五维空间的物体,应该是跨越不同时间轴线的,但在任意一个时间轴线上我们只能观察到它的一部分。这点在星际穿越中也得到了很好的诠释。当男主库珀处在五维空间中,他看到了N多个当年跟女儿的画面。不同于我们所在的三维空间,五维空间里时间是如同一座山一样实质存在的。

五维空间解释

问题来了,我们真的可以进行时光旅行吗?从某种意义上说,是可以的。五维是一个所谓的时间平面,所以当你处在一个五维空间的时候,时间可以逆转,你可以任意翻阅之其中的一个时间轴,也就是库珀在五维空间中库珀看到了当年在这个房间自己跟女儿告别的情景。问题又来了,是否可以穿越到其中的一个时间轴?从电影中的情节来看这个是不可以的,库珀无法打破这个空间,也无法让其他人看见、听见自己。库珀需要告诉女儿如何解开五维空间的方程式,能通过五维空间传递的只有重力。于是他用灰尘的重力和手表的指针发送摩斯电码,把方程式的答案传给了长大后的女儿。那从科学的角度来说,到底能否穿越,个人认为,只要虫洞理论是存在的,这种时空之间的穿越就是可能的,时光旅行机也是可以有的。

  通俗的来说,空间是一个集合,最基本的元素是点,点的运动产生了线,线的运动产生了面,面的运动产生了三维体,三维体的运动产生了时间,也就是四维空间,以此类推,四维空间的运动产生了五维空间。也翻阅了各种科普的说法,这个是最容易推理理解的,人类目前能够感知想象的是4维空间。


时光倒流

五维空间解释


根据爱因斯坦侠义相对论(大家别骂我装逼,哈哈),一个物体运动速度接近光速时周围的时间会迅速变慢,空间会迅速缩小,当物体速度等于光速时,时间就静止了,空间就变成点了,当物体速度超过光速时,就会出现倒流,用坐标维度来理解就是负时间,空间也就回到了过去,即负空间,物体也就进入了负时空,所谓的时空倒流,可以理解成瞬间移动(联想到UFO瞬间消失的镜头)。


高纬度


维度的概念在物理和数学上是有区别的,我们熟悉的是三维空间再加时间维度,物理课本里学到的也都是从数学上定义的。数学上有向量的概念来定义多维空间,而且有很多模型,维数可以很高,由此产生出来很多的空间变换,定理,矩阵变换推演,也没有超出想象;物理上高维的空间是超出想象的,有人认为四维空间是物理维度的上限,也有人认为有更高维度的物理空间。


五维空间和暗物质五维空间解释


五维空间可以理解成一个时间运动形成的,是由无数个四维空间组成,跨越了无数的时间线,在每一个时间的维度我们只能看到它的一部分(这个已经有点脑袋仁疼了)。由此也查阅到五维空间跟暗物质相关,暗物质证实了人类有能力进入五维空间了,还有什么反物质,据说一个钢珠大小质量的“反物质”能量能以接近光速做几十次大宇航作业往返,这样大家就可以像做高铁或者飞机在两个城市或国家旅行一样,在太阳系,银河系甚至星际旅行了,甚至通过虫洞(时空隧道)做两个宇宙空间的旅行了,到这不知道虫洞解释清楚没,其实就是利用第二段里的时间和空间的变换,足够快的速度,人或者飞船就在空间里变成很小了,瞬间移动就过去了(到这我真信有UFO和外星人了)。


高维物理空间


一旦可以获得五维空间的能量认知和获取能力,人类就可以向六维空间迈进了。如果有六维空间,爱因斯坦相对论就不完善了,这个想象有些大胆。现在科学家们已经提出了理论上的 六,七,八,十一维空间,维度不说了,脑袋仁真疼了。


说到这,回到电影,纳兰用电影视觉的角度解读了五维空间,墨菲女儿的房间作为延伸形成了五维空间,那个镜头记忆很深,当时没理解,墨菲在五维空间里通过宽窄的书来传递0和1,来组合信息,通过手表的秒针来和女儿传递信息,纳兰通过电影表达了时空转换,赞一个!


总体来说星级穿越在刚看完没理解时觉得一般般,但在认真研究了相对论和五维空间后,理解了纳兰的用心,都把加州理工学院的物理学家基普·S·索恩请过来把关了,能差么,说差的只能说没看懂!

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