“集合”是最简单的“时空”，“穿越时空”是人类永恒的梦想-- 迪族网

“集合”是最简单的“时空”，“穿越时空”是人类永恒的梦想

来源：猫友2022031129 　2022-03-12 14:36:36

什么是时间？什么又是空间？宇宙到底有多大？宇宙的尽头到底有多远？这是人类在这颗蔚蓝色的星球上诞生的那一刻起，就一直在苦苦追寻的问题。畅游宇宙，一直是人类的梦想，但是时空无穷，生命有限。一代又一代的数学家用他们短暂一生，前赴后继地思考着宇宙的遥远尽头。

在漫长的岁月里，人们对“时空”的认识一直都是模糊而感性的，直到康托尔创造出“集合论”之后，数学家们开始用“集合”来描述“空间”，人们认为“集合”是最简略的“时空”，反过来说，“时空”就是满足某些“特殊性质”的“集合”。人们利用数学工具，逐渐地揭开了“时空”的神秘面纱。这到底是怎么一回事呢？还得从古希腊数学家欧几里德的史诗级巨著《几何原本》说起。

早在公元前300年左右，古希腊数学家欧几里得总结前人的经验，写下了旷古烁今的史诗级巨著《几何原本》，《几何原本》提出了点、线、面、圆和平行线的原始概念。

数学继续向前发展着，在某一天，法国数学家笛卡尔生病卧床，因受到墙角织网蜘蛛的启发，创立了“平面直角坐标系”，他将“几何图形”放到“平面直角坐标系上”进行讨论，将“几何图形”看成是“动点”的“运动轨迹”，“点动成线”，“线动成面”，“面动成体”，当“点动成线时”，“一维空间”产生了，当“线动成面”时，“二维空间”产生了，当“面动成体时”，“三维空间”产生了。

在很长的一段时间里，人们一直认为《几何原本》所描述的“平直空间”就是我们这个宇宙的本来面貌。爱因斯坦正是在此基础上创立了“狭义相对论”，但不久，“狭义相对论”就遇到了发展的“瓶颈”，而这一困境正是由《几何原本》和“牛顿经典力学”所适用的“绝对时空观”所带来的。

直到以罗巴切夫斯基和黎曼为代表所创立的“非欧几何”的出现，人们才发现我们其实生活在一个“弯曲”的“空间”里，如果站在整个宇宙的角度来看的话，我们无法找到一条真正的直线。为了突破“狭义相对论”的瓶颈，爱因斯坦重新采用“非欧几何”所描述的“空间模型”，具有划时代意义的“广义相对论”诞生了。

“广义相对论”很好地描述了“时空”的性质，也就是说，“时空”的性质取决于“速度”和“方向”，“物质”一旦有了“运动”的“方向”和“速度”，“时空”就产生了，当运动的“速度”和“方向”发生改变时，“时空”也会随之“改变”，比如，当“光线”经过“引力场时”,“光子”会改变其运动的“方向”和“速度”，这时我们说“时空”发生了“扭曲”。

如果要对“时空”进行观测，那么所得到数值的结果取决于具体的“惯性系”，当我们在某“参照系”下认为“同时发生”的两个事件，但在另一“参照系”下可能就并不会同时发生，甚至同一个物体在“运动”和“静止”时，它的“长度”也不是绝对的，“运动的尺”相对于“静止的尺”会变短，“运动的钟”相对于“静止的钟”会变慢。“相对论”第一次将“时间”和“空间”统一了起来。

随着“量子力学”的发展，在今天已与“相对论”构成了“现代物理”的两大支柱，但是这两大支柱到目前为止依然存在着不可调和的矛盾，其矛盾的来源依然是“时空理论”。

在“广义相对论”中，其“时空模型”是“四维时空”，而在“量子力学”中，量子还存在一个“自旋空间”。更重要的是，当二者置于“黑洞”和“普朗克尺度”时，两种理论都失效了。

为了解决与“黑洞”相关的问题，人们提出了“弦理论”，它是有关“时间”和“空间”的“量子理论”，“弦理论”的一个基本观点是，大至星际银河，小至电子、质子、夸克一类的基本粒子都是由只占“二维时空”的“能量线”所组成。“弦理论”的出现，很好地解决大量与“黑洞”相关的问题，但是关于“时空”的本质问题依然没有答案。

1976年底，数学家卡拉比提出了伟大的“卡拉比猜想”，该猜想认为我们的宇宙是一个蜷缩的“六维空间”，后来，该猜想被当时年仅21岁的华人数学家丘成桐进行了强有力的证明，以卡拉比和丘成桐命名的“卡-丘空间”理论，将“几何学”带入了一个全新领域，在物理学中发出了夺目的光芒。“卡-丘”空间仿佛就是为“超弦理论”量身定做的一样，它的“紧缩性能”正是“超弦理论"物理学家所苦苦寻找的。目前，人们已经测试出了25种“卡-丘空间”，其构造完美地符合“超弦理论”。

1994至1995年，“弦理论”演变成了“M理论”。“M理论”最核心的内容是“多维空间”，其结合了五种“超弦理论”和“十一维空间”的“超引力理论”。有人认为，要想充分地理解“M理论”，还需要发明新的“数学工具”。而现代科学界普遍认为，数学家朗兰兹所提的提出的“朗兰兹纲领”最有希望实现数学的大统一，也有希望成为解决“M理论”的有力工具。彼时，或许人们就可以解开“时空”之谜，人类实现星际旅行的梦想就可以成真了。

关键词：几何原本超弦理论广义相对论

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