认知的跨越从低维到高维课件.pptx

1、认知的跨越从低维到高维人类本身的一些条件是否限制了人类对于世界的探索或者理解？我们的肉眼所见，是这个世界的真实表现吗？几何起源古希腊人认为世界局限于长、宽、高的限制。亚里士多德坚信认识自然的过程遵循从直线到平面，然后是立体空间，根本没有更高维的存在，三维实体是数学对象中最完美的类型，是无可辩驳和改进的。托勒密在一本专著关于维度中说到人们不可能通过一点画出三条以上的互相垂直的线条欧氏几何欧式欧式几何的五条几何的五条公理：公理：1、任意两个点可以通过一条直线连接。2、任意线段能无限延长成一条直线。3、给定任意线段，可以以其一个端点作为圆心，该线段作为半径作一个圆。4、所有直角都全等。5、若两条直线

2、都与第三条直、若两条直线都与第三条直线相交，并且在同一边的内角之和小于两个直线相交，并且在同一边的内角之和小于两个直角和，则这两条直线在这一边必定相交。角和，则这两条直线在这一边必定相交。第五条公理称为平行公理平行公理（平行公设），可以导出下述命题：通过一个不在直线上的点，有且仅有一条不与该直线相交的直线。第四维的萌芽在自然哲学的数学原理（1687）中，牛顿用第四维表示时间的持续，是四维空间的萌芽。达朗贝尔在维度（1754）中讨论了具有长、宽、高属性的各种物体，然后他设想有一个时间方向，空间与这个时间方向结合在一起，形成了整体的四维空间。1797年，拉格朗日在他分析作用原理中提出人们可以把力学

3、放在四维空间中考虑，t便成为第四个坐标时间的角色时间的角色第四维的萌芽 是不是存在这种可能性：我们无法构建第四维是因为我们知觉的局限，而不是空间本身的问题？空间的探索空间的探索莫比乌斯环与克莱因瓶挑战欧几里得非欧几何三个独立的发现者：约翰卡尔弗里德里希高斯(17771855）德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地测量学家琼斯鲍耶,(1802-1860)，匈牙利数学家尼克莱罗巴切夫斯基（1792 1856），俄罗斯数学家黎曼几何流形：即点的集合，每一个点由一组代表坐标的数来表征度规：提供了扩展性更强的的方法来定义两点的距离曲率和嵌入黎曼认为，通常所说的几何学只是在当时已知测量范围之内的几何学，

4、如果超出了这个范围，或者是到更细层次的范围里面，空间是否还是欧几里得的则是一个需要验证的问题，需要靠物理学发展的结果来决定。从数学到物理，从理论到实际场场：物质在场中会产生一定的效应，然后场把这种扰乱传递给另外的物质，因此产生力的效果 如果场并非独立于空间的实体，那它们有没有可能是空间的一部分？空间的几何构造才是力作用的媒介？超立方体线段两个终点正方形四条边正方体六个正方形面超立方体投影，由8块“立方体面组成物理学家的里程碑电、磁和光的统一相对论降生 1905年6月30日，德国物理学年鉴接受了爱因斯坦的论文论动体的电动力学，在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了

5、狭义相对论的基本思想和基本内容。完美的统一 1907年，俄国籍德国数学家闵可夫斯基用超越传统三维的新颖形式，把时间定义为第四维，重写了狭义相对论。闵可夫斯基的相对论概念的作用范围被称为时空的流形，也被人们叫做连续统所有时间上所有事件的集合。本质上讲，时空流形囊括了宇宙本身，溯及过去，遥伸至未来，我们的想象力才是其界限。它包括了永恒的已经发生的和将要发生的任何事情规范引力 在爱因斯坦成为瑞士联邦技术大学的教员后，他继续相对论引力工作，他的朋友格罗斯曼将黎曼高维几何介绍给了爱因斯坦。1916年，爱因斯坦宣布成功，发表广义相对论的完整形式。奏响第五根弦卡鲁扎卡鲁扎（1885-1954，德国数学家、物

6、理学家）卡鲁扎在爱因斯坦的方程中加入一个外的维度后，他震惊地发现：通过扩展爱因斯坦的方程，他也可以重新推导出麦克斯韦方程。“我没有找到任何不可能的地方。但是，总的来说，我必须承认到目前你的论证还是没有说服力。”爱因斯坦的回信奥斯卡本杰明克莱因克莱因克莱因（1894-1977，瑞典理论物理学家）克莱因推断第五维的尺寸小于10-31米爱因斯坦的抗争“我相信上帝是不会掷骰子的。”“人们应该遵从严格的因果律，而不是通过几率的方式来解释所有的自然现象。”“我认为卡鲁扎-克莱因已经正确地指出了解决问题的方法，五维万岁。”1955年4月13日，爱因斯坦的动脉瘤破裂，4月18日午夜，爱因斯坦逝世。LHCTev

7、etron超对称与超引力超对称超对称超对称是费米子和玻色子之间的一种对称性，该对称性至今在自然界中尚未被观测到。大型强子对撞器将会验证粒子是否有相对应的超对称粒子这个疑问。我们知道，基本粒子按照自旋的不同可以分为两大类：自旋为整数的粒子被称为玻色子玻色子(Boson)，自旋为半整数的粒子被称为费米子费米子(Fermion)，这两类粒子的基本性质截然不同。超对称便是将这两类粒子联系起来的对称性。超引力超引力超引力是一类将广义相对论进行超对称化的理论模型。粒子物理对广义相对论的理论模型中包含了一种自旋为2的玻色子，称为“引力子”；超引力的理论模型里不仅包含引力子，还包含了一种自旋为3/2的费米子，

8、称为gravitino。弦理论弦理论弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”（包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦）。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子，能量与物质是可以转化的，故弦理论并非证明物质不存在。膜理论膜理论膜理论认为人们直接观测所及的好似无边的宇宙是十维时空中的一个四维超曲面，就象薄薄的一层膜。膜理论使一些原本难以计算的东西可以用弦论工具来做严格的计算了。膜理论是弦理论的扩充，膜理论揭示了弦理论的第10维空间方向，其最大维度是11维。膜理论与弦理论26维，十维与十一维“我认为我们需要24个类空（spacelike）和2个类时（timelike）的维数，才能完全消除（超光速的麻烦）”1971年1月，克劳德洛夫莱斯的笔记1971年末，施瓦兹和南夫证明超弦仅需要十个维度。在超引力的研究中，德国物理学家韦尔纳纳姆的计算结果表明，十一维将是一个可信的“万有理论”的绝对上限。1984年，第一次超弦革命第二次超弦革命M理论“M在这里可以代表魔术(magic)、神秘(mystery)或膜(membrane)，依你所好而定。”爱德华威藤，1995年2月Edward Witten如果弦理论真的成功了，我们将怎样面对这个高维的世界？