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二维生物如何观察三维世界
热度 6 outcrop 2011-2-17 01:54
假设 有一种智慧生物生活在二维世界(平面)中, 由于“维”的线性无关,严格的二维世界生物是无法“进入”三维世界的。 但这个二维生物有无可能来观察三维世界呢?又至少需要什么条件才能观察呢? 有没有可能 通过一些三维世界的某些介入, 甚至“进入”三维世界呢? 不知道这算不算一个值得讨论的话题。 刚看了陈老师文章里的评论和回答,还是不明白如何实现: http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278395do=blogid=412095
个人分类: 科技八卦|9815 次阅读|20 个评论
三维立体与二维投影
热度 3 readnet 2011-2-5 10:00
三维立体与二维投影
三维和二维之间存在着一种重要关系,这就是立体和投影的关系。 三维立体被光线照射,会在二维的面上投下它的阴影,即投影。 投影的形状取决于原来立体的形状。 比如说,一个球体的投影是一个圆或者椭圆。 不过,如果投影是一个圆面,就不能反推形成这个投影的那个立体肯定是一个球。 原来的立体可能是一个圆柱,也可能是一个圆锥。 投影显示的只是从某一个方向照射所得到的形状。 换句话说,投影截取到的仅仅是原来立体所具有的部分信息,而不是全部信息,所显示的原来立体的样子是“不完全”的。 古希腊的哲学家柏拉图(公元前427-前347)曾在公元前360年发表过一部叫做《理想国》的著作,其中写有一个非常著名的“洞窟比喻”。 从小就囚禁在洞窟内的囚徒只看见过映照在洞壁上的影子,他以为那影子就是全部世界,终其一生也不知道投下那影子的立体的真实样子。 柏拉图用这个比喻来表达他的一个思想,即只凭经验来思考什么是真实的人,就犹如这名囚徒。 “ 我们只看见了投影 ”。 柏拉图用这句话来劝诫人们,要把目光从洞壁转向洞外,才能求得“真知”(柏拉图称之为“理想”)。 柏拉图的这些话,对于人类挑战“宇宙究竟有多少维”这个大课题,也具有十分重要的意义。 柏拉图说:“我们看见的这个世界也许是一个‘投影’” 小结 柏拉图的“洞窟比喻” 柏拉图在其《理想国》一书中所写的“洞窟比喻”的大致意思如下:“从小就被囚禁在洞窟中的囚徒只能看见洞壁(无法看到后面)。他们以为洞壁上的影子就是全部世界,把影子当成真实的物体。只有解除囚禁,把目光投向洞窟的外面,才有可能求得真知(理想)。” 投影显示的仅仅是立体的“横断面” 设想一个【平头改锥(螺丝刀)】的头部, 光线从上向下照射时(沿着z轴方向),得到的投影是一个【圆】; 光线从后向前照射时(沿着y轴方向),得到的投影是一个【正方形】; 光线从左向右照射时(沿着x轴方向),得到的投影是一个【三角形】。 也就是说, 投影只截取到物体所具有的信息中属于较低维度的一部分信息 。 例如“测量身高”,是将三维降低为一维的投影。 我们所见到的是否是真实的立体? 位于眼球深处的“视网膜”是接受来自外界光线的一个屏幕。 左右眼球相隔一定的距离,因此,同一物体映照在左眼和右眼视网膜上的二维图像并不相同。 大脑会根据这种微小的差异补上远近信息。 我们看到的三维图像其实是大脑重新构建的一种“间接三维图像”。 从上面两幅图中 能看出什么? 扩展阅读: “三维”的特性  = ★ =   维与时间
个人分类: 科学八卦|4845 次阅读|6 个评论
Z空间色空间n维空间多维空间色色球太极色球音乐绘画艺术矢量连续
readnet 2010-10-1 11:16
Z 空 间 色 空 间 n 维 空 间 多 维 空 间 色 色 球 太极 色 球 音 乐 绘 画 艺术 矢 量 连 续 线 性 标 量 离 散 非 线 性 关键词: Z 空间 , 三维 , 时间 , 空间 ,n 维 , 多维 , 球形 , 太极 , 色球 , 音乐 , 绘画 , 文化 , 艺术 , 矢量 , 连续 , 线性 , 标量 , 离散 , 非线性 【 科学 八卦 测试: 目的: 科学网博客 的 标题 和 关键词 有 多长 ? 方法:将 最上面 的 三行内容 输入 标题栏中 看能否 装得下 ? 结果: 标题长度 :见鳖文 顶部 ; 关键词长度 :见底部 本文标签 结论: 标题长度 :最多 30 个字 ; 关键词长度 :最多 20 个字 】 到哪里去? 30 年代,到延安去,到太行去,到敌人后方去; 40 年代,到辽沈去,到平津去,到长江对岸去; 50 年代,到农村去,到边疆去,到祖国最需要的地方去; 60 年代,到山上去,到乡下去,到贫下中农当中去; 70 年代,到城市去,到部队去,到能生活得好一些的地方去; 80 年代,到大学去,到夜校去,到可以拿到文凭的地方去; 90 年代,到美国去,到法加去,到一切不说中国话的地方去; 00 年代,到国企去,到外企去,到年薪百万的地方去; 10 年代,到党政机关去,到公务员队伍中去,到一辈子不失业的地方去。 国庆长假到了, 到没有信号的地方去! 到领导看不到的地方去! 到最清静的地方去! 祝 大 家 节 日 快 乐 ! 扩展阅读: 学术探讨之 关于颜色的维数空间 关我“球”事 —— 从四维色球到五维太极色球 用太极色球表达音乐与色彩 上帝之数 摄影鳖文之 从首都 机 从首都机场 T3 航站楼起飞 到乌鲁木 齐 从首都机场T3 航站楼起飞 到乌鲁木齐 ( 航拍篇) 从首都机场T3 航站楼起飞 到乌鲁木齐 ( 航拍篇之二) 从首都机场T3 航站楼起飞 到乌鲁木齐 ( 航拍篇之三) 从首都机场 T3 航站楼 起飞 到乌鲁木齐 ( 航拍篇之四 ) 从首都机场T3 航站楼起飞 到乌鲁木齐 ( 航拍篇之五) 乌鲁木齐 观民族歌舞演出
个人分类: 色球空间|4816 次阅读|2 个评论
矿体圈定问题
csugisdage 2010-3-19 11:03
矿体圈定除了有矿体圈定原则之外,还得考虑勘探线剖面图、样品、岩性、水平投影图、中段图、综合地形地质图等资料,不同的矿种,矿体形态和方法不同。有色金属和稀有金属矿体形态复杂多边,黑色金属和非金属矿则简单一些。尤其在实用传统方法中的含矿率进行计算时,矿体圈定问题多多,两种方式的思维思路差别太大。
个人分类: 三维地质建模|3753 次阅读|0 个评论
三维地质报告编写续
csugisdage 2010-3-11 13:54
报告终于写完了,结果和在误差范围内,天气也转暖了。整个流程回味下来,从最开始的资料收集到后面的椭球体设置,一句话,细节处理很重要,每一个环节都必须根据矿体实际情况来。资料汇总也很重要。
个人分类: 三维地质建模|3050 次阅读|0 个评论
三维地质报告的编写
csugisdage 2010-3-2 15:50
写了前部分,后部分写不下去了。数据收集、分析归纳、数据处理,软件操作,原理介绍,数据处理结果,数据处理结果分析。后两点不好写。
个人分类: 三维地质建模|2916 次阅读|0 个评论
[转载]北京市确定468个地质灾害隐患
pony1984621 2010-1-21 14:37
http://www.sina.com.cn 2010年01月18日15:09 北京晚报    亦庄经济开发区三维地质结构模型,图中地表以下不同的色块代表不同的地层。J204   本报讯(记者张楠)今天上午,首个可以三维透视北京城市地下迷宫的北京市多参数立体地质调查正式亮相。记者从北京市地勘局公布的调查结果中了解到,北京市地下水年可开采量为26.33亿立方米,地热水可持续开采100年。调查还确定了全市共有468处突发地质灾害隐患点。   地热水可再开采100年   总投入4450万元、历时4年完成的首个以城市地质为主题的地质调查项目北京市多参数立体地质调查项目成果,今天上午正式向北京市政府移交。至此,北京成为目前世界上第一个拥有三维可视化地质信息管理与服务系统的特大城市。   记者发现,调查项目对生活垃圾场现状、断裂活动性、地下水资源和地热资源潜力进行了评价和调查,还同时建立了工程建设层以及奥运场区等8个三维地质模型和城市地下水流仿真模型,让人们可以三维透视北京城市的地下迷宫。   今天上午首次正式对外公布的调查结果显示,北京市地下水年可开采量为26.33亿立方米。地热水总储存量250亿立方米,地热水年水位下降1米可开采量达到7775万立方米,可持续开采100年。   应建立应急供水水源地   项目还首次对北京地下水质进行了分层调查。调查结果显示,北京地下水水质总体较好,深层地下水好于浅层地下水,但存在由浅到深、范围逐步扩大的水质超标趋势。   不过,调查也同时指出,北京平原区地下水的开采量必须控制在每年21亿立方米,应在不影响正常地下水开采的条件下,在尚有应急潜力的地区建立应急供水水源地,以满足城市高峰期供水要求;同时要以2010年南水北调全线贯通为契机建立地下水战略储备体系,实现北京地下水、地表水的联合调度和联合调蓄,进而使地下水环境得到改善,减缓地面沉降、水质恶化等不良环境地质问题的继续恶化。   地质灾害隐患点确定   垃圾包围城市是北京市环保部门面临的重要问题。根据此次对北京平原区的生活垃圾场现状调查,共查出生活垃圾场490处,其中高污染风险场地125处,中等污染风险场地160处,低污染风险场地205处,总占地面积1077.3万平方米,总填埋量约3636万吨。根据调查结果,北京市将划分出禁止填埋区、限制填埋区和适宜填埋区3类。   北京土壤质量状况也是北京关心的另一重点问题,本次调查首次查明北京平原区土壤地球化学54种元素背景及现状,发现大部地区土壤环境良好,但As、Cd、Hg、Pb等有害元素的含量有增加的趋势。   此外,在对不同的地质灾害种类进行调查,同时对居民点、交通干线、旅游景点等各类不同的受危害对象的风险承受能力和可能造成的后果进行了评估后,调查还确定,全市共有468处突发地质灾害隐患点。   地面沉降破坏地下管线   调查显示,地面沉降已经对北京市地下管线造成了破坏,造成各类工程建筑如城市建筑、交通、农田和水利设施等直接受到损坏。比如,顺义地裂缝和高丽营地裂缝,已造成上百间民房和厂房不同程度的破坏。   记者在北京市地勘局信息大厅多参数立体地质调查项目实验室内看到,随着研究人员在电脑上输入一个个指令,北京市的主要岩性地质体、地下构造断裂、地热、地下水等三维仿真模型等内部地质结构,即可直观、形象地展现在人们眼前。以地铁选线为例,工作人员根据地铁规划的路线进行穿越地下试验,在伴随穿越活动的镜头中即可清晰地看到规划线路全程的立体地质结构。这样,就可以对活动断裂、地面沉降、砂土液化等不良地质作用的影响进行分段分级评价,详细掌握了沿线的工程地质、水文地质及可能存在的岩土工程问题。据了解,此后这一调查结果还将广泛应用到垃圾场的选址、地下水的开采和地热利用等方面。J204
个人分类: 转载精品|2922 次阅读|0 个评论
关于野外工程数据质量
csugisdage 2010-1-11 10:20
地质野外工作质量系于野外团队的成员素质和管理。昨天听了陈毓川院士的报告,在讲到利用新技术综合找矿时,提到找矿团队的建设,鉴于众所周知的原因,找矿团队必须要立足于老中青结合,老同志的经验加上中青年同志的干劲才能合理的达成优质的工作。分开来说,成员素质,这个在于个人的专业素养、职业精神和个性,这个在组建项目团队的时候有必要的考虑;管理则需要以结合自身实际所制定的野外规范为准绳,坚持实施,尤其注意外业工作的及时记录和总结,今日事今日毕,严格控制进度和质量。
个人分类: 三维地质建模|2868 次阅读|0 个评论
用搜索椭球体为块估值并分级
csugisdage 2010-1-8 14:44
思想来源于孙玉建(2006)在《地质与勘探》上发表的文章,提出了以块为核心的勘探和资源储量评估的合理性解决方案。 搜索椭球体的参数包含半径、扇区、点数、形态参数等。 根据数据搜索椭球体的不同半径、搜索次数、工程数量等因素确定资源量级别。
个人分类: 三维地质建模|3181 次阅读|0 个评论
线框文件转换
csugisdage 2010-1-8 14:16
用各种三维软件建立好的实体模型(一般是基于TIN的线框模型)算法和原理差不多,但是基于其它原因,相互之间的转换却不一定顺风顺水。从手头掌握的情况来看,MM的线框能够导出的格式有dxf、vuclan、ascii、mdb,能够导入的格式有dxf、vuclan、ascii。而DM能够导出的格式中竟然包含MM,确实是比MM高明之处。
个人分类: 三维地质建模|2704 次阅读|0 个评论
地质变量估算方法
csugisdage 2010-1-5 15:45
为了利用有限的地质及生产勘探样品数据,确定矿床内部相关变量(品位、岩体质量指标、岩性等)的分布,必须选用合理的地质变量估算方法。 目前对于岩性以外的地质变量的估算方法主要有趋势面法(GPI)、距离幂次反比法(IDW)、地质统计学法(克里格法)。其中地质统计学法是国外储量计算与管理得主要方法,西方国家矿产法规定,矿产申请贷款时,必须向银行当局提供地质统计学所计算出来的储量,其意义在于定量地评价区域化变量的空间结构性、对未取样处的区域化变量进行估值。国际上通行的做法是,在对矿床进行初步评价或是数据量不足时,选用较为简单的方法,一般是距离平方反比法,有了足够数据对矿床进行正式可行性评价时,选用地质统计学法。
个人分类: 三维地质建模|2690 次阅读|0 个评论
块段模型
csugisdage 2010-1-5 15:23
三维块段是上世纪六十年代初为描述浸染状矿床发展起来的一种建模方法,其主要是为了进行储量计算,实质就是用一系列的相同尺寸的立方块去表达矿体。 这种技术简单明晰,但运算效率不高,对边界的判断会产生较大误差。因此提出了一种所谓的变块模型,即在边界部分采用子块段,其它部位还是采用初始方块。
个人分类: 三维地质建模|2946 次阅读|0 个评论
三维地质建模
csugisdage 2010-1-5 14:17
三维地质目前是热点,其主要用来做三维演示和储量计算,建模后可继续利用的成矿预测和对地勘生产的指导还没充分利用起来。目前而言,中国大陆地区的大部分地勘单位和大型矿业单位都相关软硬件配备,采用的软件和标准也不尽相同,国际上比较通用的Micromine和Surpac以及Datamine均通过国土资源部的储量计算认证,国内的3DMine还在市场开拓和技术成熟中,目前国内还是三大国外软件的天下。
个人分类: 三维地质建模|3518 次阅读|0 个评论
美国航天局拍摄的拉萨三维景观图
pony1984621 2009-9-26 22:13
编译 / 马志飞( Beijing Institute of Geology ) (资料来源: http://earthobservatory.nasa.gov ) 海拔 3650 米 的拉萨,是世界上海拔最高的城市之一,坐落于中国南部的喜马拉雅山脉的平坦河谷中。这幅图片,由美国航天局的 Terra 卫星上的 先进星载热发射和反射辐射仪 (ASTER) 采集制作,展示了拉萨具有立体效果的三维风景。 山脉好像呈辐射状围绕着这个平坦的城市。高山是棕色的,当 2005 年 11 月 24 日 这张照片被拍摄时,山上已经长了一些植被。但这座城市,却是一个 绿洲 。在这幅假彩色合成图像上,拉萨是红色和银白色的,其中植物覆盖的土地是红色的,人工建筑的地面是银色或者白色的。拉萨河蜿蜒穿过山谷。(注:拉萨河,中国西藏自治区河流。藏语称吉曲。发源于念青唐古拉山南麓,西南流经拉萨市,至曲水县汇入雅鲁藏布江。下游河谷开阔,是西藏的主要耕作区。)它漫游的河道给我们提供了一种证据,表明这里的地面相对平坦,因为这儿的地形并没有迫使河流的流向发生大的变化。 拉萨是中国西藏自治区的行政首府,在位于青藏高原的中心,具有悠久的历史。该市最著名的地标,布达拉宫和罗布林卡,在图像上也是最突出的两点。 堡垒般的布达拉宫坐落于市中心一处地表轻微隆起的地方,清晰可见的白色正方形为广场,这是该图中最大的一处人工建筑物。罗布林卡,是图像中最大的公园,它是红色的,在布达拉宫以西,为植物覆盖的矩形区域。这两处景观都是世界遗产。 图中还有一处比较显著的区域是拉鲁湿地自然保护区,在城市的北侧,为红棕色并带有黑色斑点,黑色表示地面有水存在。自然湿地影响拉萨的气候,增加城市的湿度。对于拉萨这样一个海拔较高、空气稀薄的城市,这里的植物也是一个重要的氧气来源,而且,拉鲁湿地自然保护区也给大量的鸟类提供了一个广阔的栖息地。 附件下载(大图,3M): 美国航天局拍摄的拉萨三维景观图
个人分类: 卫星图像|7214 次阅读|2 个评论
碳的零维一维二维材料
zuozw 2009-8-7 23:05
碳,作为一种非常常见的元素,对有机物有着重要的意义。单质碳材料有零维,一维,二维和三维。这里主要介绍一下富勒烯,碳纳米管和石墨烯这三种材料。 富勒烯(巴基球,足球烯,Fullerene,C60): 作为零维材料,在1985年英国H. W. Kroto和美国R. E. Smalley等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中发现C60。由五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。 1985年文章 C60 Buckminsterfullerene 。 在碳纳米管发现之前,它是研究的热点,在生物和医学有着重要的意义。此外还有C78、C82、C84、C90、C96等。 碳纳米管(carbon naotubes) 作为一维纳米材料,自1991年被S. Iijima发现以来一直是研究的热点。根据层数可分为单壁(single-wall carbon nanotubes)和多壁(multiwall carbon nanotubes)。根据手性可分为非手性(armchair和zigzag)和手性(chiral)结构。中空结构,一般可认为是单层石墨卷曲而成。它在很多领域都有着广泛的应用和前景。正如美国Alex Zettl 教授说,就应用前景对C60和碳纳米管进行全面的比较,C60可以用一页纸概括,而碳纳米管需要一本书来完成。推荐一本书Physical properties of carbon nanotubes(R. Saito, G. Dresselhaus, and M.S. Dresselhaus 1998,Imperial College Press ,世图有卖:39元)。 The field of nanotubes is still rapidly growing. As emphasized, many questions are still unanswered. The dynamics of hot electrons (and electron-hole pairs) in optical experiments, the nature of the contact resistance at metallic electrode interfaces, the effect of an out-of- equilibrium phonon distribution on inelastic scattering, and the domain of existence of the Luttinger-liquid, charge-density-wave, and superconducting phases are still subjects which require a considerable amount of work and understanding. Further, and beyond the intrinsic properties of nanotubes, the physics of functionalized, chemisorbed, doped, or excited CNTs is driven by potential applications in molecular electronics, optoelectronics, and sensors. Such themes are still largely unexplored areas for theorists: while early theoretical papers preceded experiments on the discussion of the basic electronic properties of pristine tubes, such complex systems and applications have now been demonstrated experimentally and theory is lagging behind. The field of nanotubes has fostered much interest in related systems such as graphene or semiconducting nanowires.(摘自Rev. Mod. Phys., Vol. 79, No. 2,667-732,2007.见下面RMP文章). Iijima91年Natrue文章 07年RMP综述文章 Electronic and transport properties of nanotubes 石墨烯(单层石墨,graphene) 作为二维材料,一般厚度方向为单原子层或双原子层碳原子。完美的石墨烯包括六角元胞(等角六边形)。2004年被英国A.K.Geim发现。石墨烯有众多优异的物理性质,在很多现象中有很多异常的行为如整数量子霍尔效应,准粒子激发谱可用2+1维无质量的相对论Dirac方程描述等等。近几年研究的特别热。 Graphene is a unique system in many ways. It is truly 2D, has unusual electronic excitations described in terms of Dirac fermions that move in a curved space, is an interesting mix of a semiconductor (zero density of states) and a metal (gaplessness), and has properties of soft matter. The electrons in graphene seem to be almost insensitive to disorder and electron-electron interactions and have very long mean free paths. Hence, graphene's properties are different from what is found in usual metals and semiconductors. Graphene has also a robust but flexible structure with unusual phonon modes that do not exist in ordinary 3D solids. In some sense, grapheme brings together issues in quantum gravity and particle physics, and also from soft and hard condensed matter. Interestingly enough, these properties can be easily modified with the application of electric and magnetic fields, addition of layers, control of its geometry, and chemical doping. Moreover, graphene can be directly and relatively easily probed by various scanning probe techniques from mesoscopic down to atomic scales, because it is not buried inside a 3D structure. This makes graphene one of the most versatile systems in condensed-matter research。(摘自Rev. Mod. Phys., Vol. 81,No. 1,109-162,2009.文章见下面). 09年RMP综述文章 The electronic properties of graphene
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宙 思
pxy 2009-4-17 23:33
开端 当流星划过天空的时候,我们看到了一条线,而它原本只是一个光点,只是随着时间的不同连成了一条轨迹线;当我们戴着妈妈织的围巾的时候,我们看它是一个带状面,而它却是由一条线交叠而来的;当我们观看电影的时候,我们感受到的是生活的变化,而这一现象来源于一幅幅静态场景画的连续播放。就如同电脑给我们展示的各种多媒体信息一样,这些信息只是一个个 0 或 1 的点信息在时间上的排序而已。当电脑的速度足够快时,谁也不敢否认它不会为我们呈现一个与我们生活几近相似的世界。 来吧,让我们仔细感受一下我们生活的这个世界吧。我们认为我们的世界是一个三维的空间加一维的时间而组合起来的四维时空世界。那么我们是如何认识到三维空间的呢?靠我们的眼睛看,靠我们的耳朵听,靠我们的触觉感受,那么如果我们看到的只是一幅幅二维画面呢,就像电影一样,如果这些二维画面又是随时间勾勒出的一个个点呢?就像围巾与星光一样,那么我们又该怎样描述我们的世界呢?对于我们的耳朵,连立体音响和鬼屋的耳麦都可以让我们相信那些声音来自三维的世界,那么我们还要它来解释什么三维的世界呢?而且听觉与触觉一样,它们原本接受的就是一维信息而已。那么,让我们将这些串连在一起吧,一个随时间变化的点,构成了一条线,这条线在时间的流淌中汇成了一个个面,在实践中推进的面呈现了立体的空间,立体感受的我们随时间的前进,感受时空四维的变迁。而我们现在体验到的,或者说存在的每一秒的世界都只是一个点在这一秒里所经历的变化而已。 那么世界的本质是什么,或者说宇宙是什么?也许它只是一段时间,这段时间的长度就是一个个连续的变化。一旦停止了变化(或者出现了与以前相同的变化),那么宇宙就终止了(或者也可以说又回到了开始)。就像对于一个周期信号而言,一个周期和无数个周期所表达的内容实际上是一样的,对于宇宙也是这样,可以认为它是有限长的,也可以认为是无限长的。而同样的变化其实是没有变化。
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宙 思
pxy 2009-4-17 23:28
从今天开始,我将会连载【宙 思】的内容,希望各位好友多多关注,多多评价,谢谢。 序言 古往今来,世世代代,人类一直在追求什么?真,善,美。而何为真呢?与真相对的是假,而何为假呢?难道只是给了一个分割点,一个评价标准,世界就会被分成两半,一半为真,一半为假。所有的现象都是现象,为什么要分个真假,去寻找现象背后的真相呢?因为我们想知道到底什么引起了这一现象,即:是什么的因导致了一个如此的果。那为什么要去寻找这个因呢?一方面,像所有的生物一样,我们想趋利避害使现在的我们能够更好的发展,即为了当代和下一代的生存问题;另一方面,也许是人类的意识所特有的吧,那应该就是人还要为世世代代的生存考虑。所以我们不仅要探寻现世界中的因与果,还要去探寻我们的过去和将来,以便人类可以连绵不息。因此人类不仅会在我们这一代里彼此传递自己的经验(即自身得到的因果关系),还会把这一世代得到的因与果想办法留给下一代。这就是人类本性所求的善,和追求共同发展所呈现的美。 这种人类所要寻求的因与果,其实就是世间万物所遵循的因果律,因此因果律也是世界发展的最本质的规律,什么是最具有因果规律的呢?那就是时间。那么
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考槃笔记-27-三
考槃在涧 2008-9-23 11:42
空间为啥是三维? 空间为啥是三维的?这个傻问题可难倒了不少人。按照老曹的说法,从空间的角度说 , 维数可以任意大 , 甚至超越连续,但我理解这是从数学的角度去理解空间。从生活常识看,我们生活的空间就是三维的。而弦论认为宇宙有尺度非常小的额外维,也就是说,如果把时间看成统一体的话,宇宙时空的维度是超四维的。 我比较怀疑弦论这个说法,空间的长度其实是个相对概念,没有实体的空间无所谓长度不长度,因此,额外维也许不必要有长度。时间有长度么?时间的长度不过是两个时刻的差值,也还是个相对的概念。 当然有可能是我不懂弦论,高手请指点。下面从我所知的一些关于空间维度的看法入手,看看空间为什么是三维的? 康德的三维观 康德提出了一个傻问题:空间为啥是三维的?康德自己解答道,如果空间有四维,那么引力就应该与距离的立方呈反比关系,如果空间有 100 维,那么就应该与距离的 99 次方呈反比关系。一般地, N 维的世界,引力将与距离的 N-1 次方成反比关系。 因此康德认为,由于有牛顿的引力公式存在,所以空间必然是三维的。可是,又有人说,正是因为空间是三维的,所以牛顿引力定律才是和距离平方成反比的。 到底哪一个对呢? 被压扁的人 一种说法是,假设空间是二维的,那么一个人将成为如下图所示的样子: 这个可怜的,被压扁的人发现,他不但被压扁了,还被分割成两部分!因此,只有在三维中,一个被钻了一个孔的物体才能保证不被割裂开,如下图: 尽管球体被钻了一个孔,但球体表面还是连通为一体的,球体还是一个,而不是像二维图形那样成为割裂的两个。 既然三维已经满足了这种特性,那么三维就足够了,用不着四维或者更高的维数。 等级主义者的维度观 有等级主义者用多边形来表示各类人: 看来他认为女人的思维模式是直线式的,科学家那个图形以前是专业人士,我想科学家是专业人士的代表,二傻老说现在的科学家都是方脑壳,这个专业人士是方脑壳的,就改为科学家吧。传教士看来是作者最喜欢的职业,画成了圆形,看来接近上帝的人是完美的。绅士看来是黄金分割的(五边形),我不明白的是,为什么绅士和贵族都要苦着脸呢? 投影主义者的维度观 有人用投影的模式来表示立体图形,如下图: 我还是不太明白,被一大堆三维立方体围起来的东西,是个什么东西? 空间维度的数学 当空间维度 N=2 时,易得一个圆的表面积 S= r 2 ,当 N=3 时,球的表面积为 S=4 r 2 ,体积为 ¾ r 3 ,按照数据计算得到更高维度时: 出乎意料的是,当空间维度到 10 以上时,物体的表面积和体积不是增大,而是减小!到维度 20 以上,几乎收缩为 0 了。 类似于人择原理的时空观 有人把时空联合起来考虑,得出了下图: 我怀疑这个图是基于人择原理的,因为我们所在的世界对于我们来说显然是稳定的。但我们能否说 4 维空间 1 维时间就不稳定呢? 另外,为什么 2 维时间 +3 维空间一定是不稳定呢?难道,我们的时间必定是 1 维的么? 我的时空观 我一直在思考几个问题。为什么高速运动的 子寿命会延长?仅仅是观测参照系测量的原因么?为什么牛顿力学中没有时间,时间反演是对称的?为什么热力学中又有时间,为什么系统演变是不可逆的,但力是可逆的? 另外,如果时间是一维的,从热力学角度看时间又有方向性,那么,是否宇宙就是决定性的?也就是说。只要知道足够的初始条件,就可以无限的推出任意给点时间后的系统状态?我不能对线性时间满意,从混沌的角度看,系统的发展是非线的,在一定程度上是连续的,而在另一定程度上又是离散的。 我得出了下图所示的东东: 有色的平行四边形表示地球参照系时空,圆表示力学时间平面,半径是光速,力学时间平面与地球时空相交于 L 。 L 上的时间计为 t 0 ,也就是我们所感知的时间。当从地球参考系加速逐渐接近光速时,等于是沿着力学时间圆弧向上运动了 /4 ,也就是一个直角。当速度等于光速时,我们看发生了什么?运动物体所在的时间参考系和地球完全垂直,这个时候投影到地球参考系的分量是一个点,时间停止了。也许光速之所以不变就在这里,因为即使光速改变了我们也观测不到,观测到的都是一个相同大小的点。 从这个图我们可以推导相对论的洛仑兹变换公式: 当速度等于 时,在 v=c 即垂直于地球参考系的半径上取 OE= , 从 E 作一条垂直于 OE 的直线与圆相交于 F ,易得 OF 为半径, EF 在 L 上的投影即为当物体以速度运动时的力学时间 t 。易得 证毕。 由此我提出一个维数在 1 维和 2 维之间的分维时间观: 位移时间实际是指基于经典力学获得速度的力学时间,而热力学时间则与生物节律有关。在这个平面里时间实际上是一个无规律的曲线,唯一的规律是时间在热力学方向上不可能倒退。 两个维度的时间互相垂直,当位移时间的运动达到极大值时,热力学时间收缩为一个点,也就是我们所谓的时间停止,这就可以解释 子在接近光速时衰变时间延长了,照理说光子应该是最不稳定的,但当达到光速时热力学时间为 0 ,光子没有热力学意义上的变化,因此我们看到的是从四面八方射过来的光。这也可以解释双生子佯谬。我相信继续深入下去也许可以解决相对论和热力学的融合问题。 不过有一点我始终想不明白, E=mc 2 ,照说应该有个才对,难道 c 中已经包含了 ½ ? 结语 空间为什么是三维的?这真的是一个傻问题。也许答案不在于空间到底是多少维,而在于我们怎么理解空间。空间究竟是力的产物,还是物质运动的舞台?前者几乎是暗示,物理意义上的空间也是可以随意构造的,三维空间是最经济的数学物理表达;后者几乎是暗示,空间是固有而不可随意构造的。 老子说,道生一,一生二,二生三,三生万物; 三体无解; 三维 Ising 模型一直没有精确解,直到张志东大侠横空出世; e 和介于 3 之间; 光速接近于 3 个单位(假若把后面的 8 个 0 看成单位的话) 这些仅仅是巧合么? 我相信大自然早就把答案告诉了我们,我们没有看见。 下集预告:超越数和 这些观点主要来自《大自然的常数》一书,图形也主要来自该书,但所有图形都经我手绘。关于此书请看豆瓣: http://www.douban.com/subject/1809771/
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