六維與八維

查理德·韋伯+++lollso+lo

六維——兩個(gè)時(shí)間

當(dāng)物理學(xué)家提出涉及更多維數(shù)的宇宙理論時(shí)，他們通常只是指空間是高維的，并不涉及多維時(shí)間。

這也很好理解。如果時(shí)間是多維的，物體就可以在高維時(shí)間坐標(biāo)中沿環(huán)路運(yùn)動(dòng)，也就是說，高維時(shí)間使得物體可以隨意穿梭于我們所處的一維時(shí)間上的任意兩點(diǎn)，這就違背了光速是宇宙最快速度這一定律，并且使我們可以進(jìn)行時(shí)間旅行，而這與我們目前的宇宙觀測(cè)結(jié)果不相符。

然而，到了1995年，南加州大學(xué)洛杉磯分校的伊扎克·巴爾斯通過M 理論巧妙地構(gòu)造出了一種存在高維時(shí)間的理論框架。該理論允許第二時(shí)間維存在，且不違反光速不變的結(jié)論，這種模型能夠解決粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型無法解決的一些問題。M理論是弦理論的發(fā)展。該理論的目標(biāo)是成為萬有理論，一個(gè)能解釋所有的相互作用的物理理論。它試圖把四種基本相互作用力——電磁力、引力、強(qiáng)核力和弱核力——統(tǒng)一起來。它還試圖融合當(dāng)前所有五種超弦理論和十一維的超引力理論。為了充分了解它，愛德華·威滕認(rèn)為需要發(fā)明新的數(shù)學(xué)工具。M理論的“M”包含有許多意思，例如魔術(shù)（magic）、神秘（mystery）、膜（membrane）、矩陣（matrix）等。

但這里有個(gè)陷阱：這個(gè)高維時(shí)間理論若要成立，必須同時(shí)存在一個(gè)額外維度的空間，因此在巴爾斯構(gòu)造的模型中，宇宙共有6個(gè)維度（4+2），這個(gè)宇宙中的事物和我們熟悉的四維宇宙中的非常相像，唯一的區(qū)別是，在六維世界中，描述物質(zhì)構(gòu)成和相互作用的理論是六維標(biāo)準(zhǔn)模型，而當(dāng)這個(gè)高維模型投射到四維時(shí)，將產(chǎn)生很多不同的四維版本，每一種描述一個(gè)不同的四維宇宙。

八維——八元數(shù)的神奇結(jié)構(gòu)

八維是八元數(shù)能夠自然存在的空間。八元數(shù)是一種非常奇怪的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，正如加州大學(xué)河濱分校的數(shù)學(xué)家約翰·巴澤所說：“它是那個(gè)要被人一直鎖在閣樓上的瘋叔叔?！?/p>

八元數(shù)是僅有的可以進(jìn)行除法運(yùn)算的四種數(shù)制（注： 實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)、四元數(shù)、八元數(shù)）之一，能夠進(jìn)行所有代數(shù)運(yùn)算。八元數(shù)的運(yùn)算方式復(fù)雜異常，不像我們熟悉的傳統(tǒng)數(shù)制中的任何一個(gè)。

為什么物理學(xué)中要引入八元數(shù)呢？這是因?yàn)樵谀承┪锢韺W(xué)問題中它是極為有用的工具。由八元數(shù)組成的矩陣可以構(gòu)成一種叫作E8特殊李群（李群是由1 9世紀(jì)挪威數(shù)學(xué)家索菲斯·李在研究多維對(duì)稱時(shí)發(fā)明的，E8是李群中舉的一個(gè)例子）的復(fù)雜的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是某些弦理論的核心內(nèi)容。

2007年，E8群成為熱門話題，加瑞特·里斯基于E8群結(jié)構(gòu)提出了一種可以統(tǒng)一萬有引力和其他三種相互作用力的統(tǒng)一理論，與弦理論完全不同。里斯本人沒有科研背景，他花了相當(dāng)多的時(shí)間在夏威夷沖浪?？茖W(xué)新聞界對(duì)他的研究成果的報(bào)道觸怒了一些人，比如倫敦國王學(xué)院的邁克爾·杜夫。他說：“弦理論家自從20世紀(jì)70年代末就開始研究E8，我們不需要沖浪好手來告訴我們這很好玩?！保ㄗⅲ豪锼贡救说臄?shù)學(xué)基礎(chǔ)不錯(cuò)，但是物理學(xué)很差，其理論在物理上完全站不住腳，只是一個(gè)計(jì)算得比較正確的數(shù)學(xué)練習(xí)而已。）

杜夫認(rèn)為，八元數(shù)到底有沒有價(jià)值，還很難確定，我們還不知道八元數(shù)是否與真實(shí)世界有關(guān)，所有由此提出的理論都還未經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。