长度是一维空间的度量,为点到点的距离。通常我们所说的长度都是“直线长度”即在同一直线上测量不同点之间的距离。
如图,AB是一条曲线线段,AB代表的长度为“曲线长度”。
直线与曲线的区别
从一点(A点)移动到另一点(B点)有无数条路径,其中路径最短的是直线。其它路径轨迹都是曲线。
“直线长度”是两点之间的直线距离,可以直接测量(用直线尺规做为参照标准进行度量);“曲线长度”是两点之间的曲线距离,与曲率有关(不同曲线曲率不同,没有固定度量的参照标准)。曲率固定的曲线与直线之间存在比例关系,可以用“直线距离”表达“曲线距离”。比如,用圆周率与圆的半径计算圆的周长。
从几何角度,直线代表了一维空间里的移动,曲线代表了二维空间里的移动。曲线表示由于空间弯曲额外增加了平直空间的尺度,弯曲程度用曲率描述。
比如,连接A点与B点之间的直线AB与曲线ab,曲线ab的长度固然大于直线AB的长度。多出来的长度就是由于弯曲导致额外空间增加的长度。故而,二维空间比一维空间额外增添了一维。同理,弯曲空间会增加平直空间的维数,导致空间拥有更大尺度、更长的距离。
用“直线距离”描述“曲线距离”的方法
1、测算规则曲线与直线之间的比例关系,进行相互转化。
圆是一个完美规则的曲面,圆的周长与圆的直径之间存在等比例的关系。通过测算圆的周长与直径的比值(圆周率),就可以在圆周(曲线距离)与圆直径(直线距离)之间进行长度转换。
2、利用高维空间坐标描述低维曲线距离。
如图曲线AB,在坐标系中A坐标(x1,y1)、B点坐标(x2,y2),A点到B点X轴移动了x2-x1的距离,Y轴移动了y2-y1的距离。X轴、Y轴都是直线距离,但是,X轴与Y轴构成的坐标是二维空间。所以,我们可以在二维平面里描述一维曲线的长度(即用高维空间描述低维曲线距离)。
结论:
点空间表示没有长度和运动的0维空间(没有长度);直线表示以最短距离延伸的平直空间(连接两点之间最短的距离);弯曲表示以“额外”曲率延伸的多维空间(创造额外空间尺度)。
点空间对应能量为0,静止不变的宇宙特性;平面空间对应能量分布均匀、宇宙各处空间结构皆一致的特征;弯曲空间对应能量涨落起伏(导致弯曲的因素)、空间膨胀收缩的特性(空间被拉伸运动才会创造出额外空间)。
备注:因为控制宏观宇宙的物理规律(如引力作用)是稳定,所以,在宏观宇宙空间是平直、均匀、具有各向一致性。然而,微观存在量子涨落现象、能量波动起伏,微观世界是多维的。故而,M理论需要用11维空间统一四种不同作用力。
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