所谓多维时空，是否是三维空间加上了时间维，速度维，磁场维，引力维等等？_ZNDS问答

所谓多维时空，是否是三维空间加上了时间维，速度维，磁场维，引力维……等等？

施郁（复旦大学物理学系教授）

所谓多维空间是指指三维空间加上一维时间，在某些理论中，再加上更多的空间维。

从数学上来说，空间的各个维度之间必须互相正交。比如在我们通常的三维空间中，我们可以建立一个3维坐标系xyz，其中3个坐标轴x轴、y轴、z轴两两互相垂直。数学上，垂直的概念可以更一般地推广为正交。对于3维空间中的任何一点，只要给定这3个坐标，就确定了这个点的位置。坐标轴可以任意选定，只要满足3个轴互相正交。将一个坐标系任意移动、旋转，还是一个完全合法的坐标系。

在爱因斯坦的相对论中，考虑相互作匀速运动的参照系，某个参照系中的时间坐标与另一个参照系中的时间和空间坐标都有关系，空间坐标也是如此。而且还可以定义一个4维区间，它的平方等于3个空间坐标的平方之和减去光速与时间的乘积的平方。这样一个4为区间的平方在不同参照系中是相等的。这类似于3维空间中，互相旋转的参照系中，区间3个空间坐标的平方之和在不同参照系中是相等的。所以相对论坐标变换（叫做洛伦兹变换）就对应于4维时空中的坐标轴旋转。

在某些理论中（比如超弦理论）中，有更多的空间维度。在一定尺度之上，这些额外维度卷曲着，所以我们只能观测到3维空间。当然这只是理论猜想。

而其它的物理量，比如问题中所说的速度、磁场、引力，并不能与空间坐标构成一个整体，在某种变换现保持一个整体量不变。所以不能用它们去定义多维时空。

很有趣的想法，但是仔细想想就能看出问题。维度指的是时空的维度，应该和空间时间同量纲。而速度、磁场、引力什么的，量纲都不对，如何能是时空的维度呢？另外，速度、磁场、引力是针对物质而言，必须有物质才能谈这些，而时空是不需要物质就可以存在的。
那什么是多维时空？其实，这是一个数学问题。在数学里，可以设定任意维度的空间。如果加入时间，那么就得到一个伪空间。现在我们考虑这样的时空，那就是狭义相对论的四维时空。这是一个平直时空，但与一般的四维欧氏空间不同，它是伪空间。因为时间维的存在，造成欧氏空间的许多结论在这里都不成立了。比如，三角形任意两边长度之和大于第三边的长度，这一论断在任意维度的欧氏空间都成立；但是伪欧空间就不成立。如果进一步推广，就是弯曲的四维时空，这是伪黎曼空间。对于五维时空，如(Anti-)de Sitter时空等，我们也可以讨论许多有意思的物理问题。现在的问题是时空维度可以无穷高吗？对于广义相对论，答案是：可以。广义相对论不限制时空维度，因此多少维度都没问题。在场论里，也一样没有这个限制。但是上个世纪发展起来的弦理论和超对称弦论都对时空维度做了限制。具体的计算我不介绍了，但是有两个很有用的结论：对一般弦论，时空维度是26维；对于超对称弦论是10维的。这两个限制意味着，背景时空维度是可以计算出来的，而且限制到只能这么多，不可以更多。可以通过一定的限制，把要研究的对象限制在低维时空里。
当然，工欲善其事必先利其器。研究广义相对论需要黎曼几何；研究超弦数学则需要的更多，比如复流形、代数拓扑等。没有这些数学铺垫，这些理论就只是说着玩儿。有了这些工具还需要物理假设，否则也只是数学问题。

现代物理学上时间与多维空间并无关系，即四维空间是表示在长宽高三个维度上多了个空间维度，并非时间，这个你可以查阅国内外资料。
三维空间加上时间最多只能理解为四维“时空”。

一信是一条线，二维是一个面，三维就是长宽高都有，这些可以理解空间结构的变化。你所说的时间、速度、磁场、引力与空间结构无关。

所谓多维时空就是顾名思义，时间外加的都是空间的维度，不可能有速度维，磁场维，引力维等非空间量。多维时空的线元就是：
ds的平反=dt平反+dx1平方+dx2平方+dx3平方+dx4平方+........+dxn平方。 n=1....无限。

你想研究穿越？哈哈，想理清他们的关系？感觉思路有点偏了。速度、时间、距离可以在一起分析，磁场和引力存在关系。质能方程e=mc2中表明质量、能量和速度存在关系，但这里是极限速度光速，引力和光是影响关系。关于时空扭曲理论并没有得到很好的解释，我发表一下自己的看法，“空间扭曲”？三要素是：有质量物体、物体是旋转的、物体有强引力场，这三要素缺一不可。个人认为不是空间扭曲而是光的路径弯曲了，其例子从黑洞可以看出，黑洞视界把光的路径弯曲了使其无法反射回到发射源。质能方程实际应该表达为：e=mcc,结果是一样的但解读的意义却不同，这不过是科学家为了表达方便而忽略掉的细节，结果却是致命的。

零维无限叠加出来一维，一维无限叠加出来二维平面，二维无限叠加出来三维立体，三维无限叠加出来立体动图也叫四维时空，四维时空无限叠加出来五维平行宇宙，五维无限叠加出来六维平行奇点宇宙也叫膜宇宙，六维无限叠加出来七维“千层饼”膜宇宙应该是最高维度了。

从提出多维时空到目前为止，也很长时间了，但是一直没有很好的证明四维及其以上的维度存在，我想科学家们是不是进入了一个胡同。我宁可信平行宇宙，也不会信多维时空。多维时空理论感觉是个陷阱，用来迷惑科研工作者，让其进入一个死胡同。如果真是如此，某些科学家或许将来就是世间罪人了。

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所谓多维时空，是否是三维空间加上了时间维，速度维，磁场维，引力维等等？

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