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少年,请证明我们的宇宙只有三维空间

来源:知道日报 | 时间:2015-06-27 13:46:58 | 阅读:194 |  标签: 三维空间 宇宙   | 分享到:

宇宙拥有三维空间的直觉概念看来是毋庸置疑,毕竟我们只能上下、左右或者里外地移动。但假如有更多的维度又会怎样?它们是否一定会影响到我们?假如不会,那我们又怎么可能知道它们的存在?

少年,请证明我们的宇宙只有三维空间

一些研究宇宙开端的物理学家和数学家提出宇宙拥有多于三维、四维甚至五维的维度,他们相信应该有11维!但退一步考虑,我们是怎么知道我们所在的宇宙只拥有三维空间的呢?

证据1:有且只有5种正多面体。正多面体的定义是一个实心立体图形每一个面都是全等的正多边形——像三角形、正方形和五角形,同时其构建模式是每一条棱只与两面相接。很久以前,数学家莱昂哈德?欧拉就证明了每个正多面体的面(F)、棱(E)和角(C)的数目有一个重要关系式:C-E+F=2。例如,正方体有6个面、12条棱和8个角,正十二面体有12个面、30条棱和20个角。将这些数目代入欧拉的等式中结果都是2,其余3种正多面体代入后结果也是一样,而且只有这5种立体能符合这个等式。

不满足局限于三维维度的数学家们,他们将欧拉的定理推广到更高的维度空间,正如你所预期的一样,他们得出了一些有趣的结果。在一个拥有四维空间的维度里,我们只可以构造出6种正多面体。其中一种是“超立方体”——这是一个在四维空间的正多单形体,由8个胞腔立方体包围,如同一个正方体被6个正方的面包围一般。假如我们在空间里再加一个维度会怎样呢?在五维世界里,即使是最有雄心的几何学家也只能装配出3种正多面体,这意味着我们已知的两种正多面体——正20面体和正12面体在五维世界中没有类比的凸正多超胞体。

因此,假如我们所熟悉的世界不是三维维度,几何学家不可能经过2500年的搜寻却只找到5种正多面体。他们会找到6种(在四维空间里),或者只有3种(假如我们生活在五维世界)。然而,我们只知道5种正多面体,这就意味着我们生活在一个最多只有三维空间的世界里。

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