找出高維空間
我們居住的這個世界,除了長、寬、高以外,應該還有其他的方向(維度)吧!在物理學的最尖端領域,正在認真探討如此不可思議的可能性。依一般常識來思考,這個世界是3維度。但是,某個領域的研究者卻認為,很有可能存在著超過4維度的「隱藏維度」(高維度空間)。眾多研究者打算利用實驗來確認隱藏維度的證據。如果他們真的發現了,很有可能會徹底刷新人類的世界觀吧!
我們能夠朝前後、左右、上下(長、寬、高)3個方向運動,這表示我們居住的世界是3維度空間。所謂的「維度(也稱維)」(dimension),簡單來說,就是指存在於這個空間中的物體能夠移動的方向。例如,初期的電腦遊戲「超級瑪利歐兄弟」(Super Mario Brothers),主角瑪利歐只能在左右和上下這2個方向行動,不能跑出畫面的外側和背側,所以瑪利歐所在的世界可以說是2維度。
依照一般的想法,這個世界毫無疑問是個3維度空間。但是,這個常識在物理學的最尖端領域卻不是通則。「許多物理學家都相信它是4維度以上」東京大學淺井祥仁教授如此表示。例如,物理學最尖端的理論之一「超弦理論」(superstring theory,詳見第36頁)就預測這個世界可能是9維度空間。
這個世界,怎麼看都是個3維度的空間,真的會有4維度以上的空間(高維度空間)存在嗎?「超過3個維度的維度,可能是『微小而隱藏』的。」淺井教授表示。如果有6個維度隱藏著,那麼這個世界就會變成9維度空間(大的3個維度+微小而隱藏的6個維度)※。
根據截至目前為止所進行的各種實驗結果顯示,高維度空間的尺寸極有可能在10-19(0.0000000000000000001)公尺以下。這個尺寸還不到氫原子核(質子)的1萬分之1。
如果我們能夠一邊不斷地縮小,一邊持續地觀察周遭的世界,則在縮小到某個程度之前,空間還只是3維度,但是當小於某個尺寸(例如10-19公尺)之後,應該就能看到4個維度以上了。
高維度空間可能縮小地隱藏在空間上的各個地方。也就是說,把世界的任何一個地方放大,都可以發現高維度空間隱藏其中。但是,除非是縮小到極其微小的尺寸,否則並無法辨識高維度空間,所以在我們一般能夠看到的範圍內,世界都是3維度。
※:除了空間(space)之外,時間(time)也具有1個維度。例如空間為9個維度的場合,有時也會再加上時間的1個維度,而稱之為「10維度時空」。所謂的時空(spacetime),是把時間和空間合為一體來處理時的表示法。
圍繞著太陽以外之恆星運行的「系外行星」(exoplanet或extrasolar planet)。是在1995年首度發現,當時發現的是一顆緊鄰恆星運行的灼熱氣體巨行星,簡直超乎所有人的想像。自此之後迄今,已經發現約3500顆系外行星,其中有不斷釋放出塵埃而邁向崩潰的行星,也有質量僅約地球數倍的「超級地球」(super-Earth)等,有很多系外行星與太陽系的行星大相逕庭。本期是連載的第1回,我們就來介紹幾顆完全不符合太陽系的常識,算是「異形」的系外行星吧!下一期第2回中,我們將介紹可能存在生命的系外行星究竟是什麼樣的行星,在下下一期第3回中,預定介紹分布在宇宙中多樣化系外行星的形成理論,以及近年來快速進展的系外行星科學,敬請期待。
2017年6月,發現觀測史上最高溫的系外行星,該行星的名稱為「KELT-9 b」,是繞著天鵝座(Cygnus)方向上,距離約650光年的恆星「KELT-9」運行的氣體巨行星(gas giant planet)。
其質量約是地球的920倍,直徑約是地球的21倍,而它的表面溫度竟然高達4300℃。這樣的溫度與出現在太陽表面的「黑子」(sunspot)※1相匹敵,溫度實在非常高。KELT-9 b為什麼會這麼高溫呢?
事實上,KELT-9 b在距離母恆星(該行星所環繞運行的恆星)非常近的軌道公轉,該距離僅約520萬公里(約0.035 au※2)。根據推測母恆星的直徑約330萬公里,所以相較下就能體會到兩者的距離究竟有多麼接近了吧!而且因為該恆星比太陽還要高溫,表面溫度高達1萬℃。換句話說,除了距離母恆星十分接近之外,再加上母恆星又極為高溫,所以行星表面受到強烈加熱,才會有4300℃的高溫。
再者,發現KELT-9 b的團隊成員之一,從事系外行星觀測的日本東京大學成田憲保博士表示:「KELT-9 b的大量大氣流到宇宙空間中,因此或許會像彗星般拖著長長的尾巴」。這是因為受母恆星的強烈紫外線輻射所分解的大氣成分,被母恆星所吹出的「風」(稱為恆星風的電離氣體)吹襲的緣故。
2011年7月,日本厚生勞動省宣布將在癌症、中風、心肌梗塞及糖尿病這四項重點處理的疾病(四大疾病)中加入「精神疾病」,推動新的「五大疾病」醫療計畫。
在精神疾病中,尤其對現代社會造成莫大影響的是「憂鬱症」(depressive disorder)。衛生署國民健康局憂鬱症調查指出,按人口比例估算,台灣約有200萬人有憂鬱症狀,其中重度憂鬱者,約125萬人。日本厚生勞動省表示,因憂鬱症及躁鬱症等「情感性疾患」(mood disorder)接受治療的患者人數在1984年只有9萬7000人,在1999年增加到44萬1000人,到了2008年則攀升到104萬1000人,在24年之間便增加了11倍之多。
此外,據表示,其實罹患有憂鬱症卻未至醫療機關就診的患者推測可能是這個數字的好幾倍,並且可能每10~15人當中就有1個人,在一生中會發生一次憂鬱症。WHO(世界衛生組織)的自殺防治手冊表示,90%的自殺者都患有某種精神疾病,並且更推測60%的人在自殺時都處於「抑鬱狀態(心情低落,做什麼都不快樂的狀態)」。憂鬱症給社會帶來相當大的影響。
我們在每天生活中,不是只會遇到快樂的事,也會遇到痛苦及困難。在遇到這些不順時,心情有時也會低落。不過,只要症狀輕微,並且能在短期間內恢復的話,便不是「憂鬱症」。若是抑鬱的心情以及對所有事物失去興趣與愉悅感的狀態持續2週以上,加上因為出現不想活動身體,或失眠及精力減退等各種症狀而對當事者造成強烈痛苦,或影響到進行社會生活時,就可能被診斷為憂鬱症。
雖然憂鬱症曾被稱為「中年人的疾病」,但事實上它可能發生在學齡期後任何年紀的人身上(右側插圖)。我們無法預測何時或何地環境會發生巨大的變化。
本期關於高維空間的理論是不是相當有趣呢?你知道憂慮症上身是甚麼原因造成的嗎?歡迎購買本期雜誌繼續閱讀詳細內容!
篇篇精采的科學報導,請見《牛頓科學雜誌》2018年2月號(124期)
作者簡介:
為日本NEWTON雜誌授權繁體中文版,Newton牛頓科學雜誌是一本科普雜誌,內容有5大特色:
1. 文字淺顯,易讀易懂:文字深入淺出,將艱深知識淺顯化,可以讓對科學有興趣的人輕鬆閱讀。
2. 圖文連貫,完整概念:不但文字之間陳述連貫,圖文之間也緊密契合,將一個概念完整呈現,長期閱讀可以培養邏輯思維、組織分析能力。
3. 圖含深意,圖解詳細:圖文並茂,每張圖均深具意義,將艱深知識以圖解方式鉅細靡遺解說,可以解答讀者科學方面的問題。
4. 摘要說明,清楚解說:內容利用摘要方式呈現,閱讀、查詢均方便,可以讓讀者快速抓到重點。
5. 圖片珍貴,值得收藏:每期均有宇宙電子傳真影像、生態高密度特寫、大自然的瑰麗景致、電腦三維立體模型繪圖,每張圖照珍貴經典,值得收藏,可反覆研讀,或集結成科學工具書。
找出高維空間
我們居住的這個世界,除了長、寬、高以外,應該還有其他的方向(維度)吧!在物理學的最尖端領域,正在認真探討如此不可思議的可能性。依一般常識來思考,這個世界是3維度。但是,某個領域的研究者卻認為,很有可能存在著超過4維度的「隱藏維度」(高維度空間)。眾多研究者打算利用實驗來確認隱藏維度的證據。如果他們真的發現了,很有可能會徹底刷新人類的世界觀吧!
我們能夠朝前後、左右、上下(長、寬、高)3個方向運動,這表示我們居住的世界是3維度空間。所謂的「維度(也稱維)」(dimension),簡單來說,就是指存在於這個空間中的物體能夠移動的方向。例如,初期的電腦遊戲「超級瑪利歐兄弟」(Super Mario Brothers),主角瑪利歐只能在左右和上下這2個方向行動,不能跑出畫面的外側和背側,所以瑪利歐所在的世界可以說是2維度。
依照一般的想法,這個世界毫無疑問是個3維度空間。但是,這個常識在物理學的最尖端領域卻不是通則。「許多物理學家都相信它是4維度以上」東京大學淺井祥仁教授如此表示。例如,物理學最尖端的理論之一「超弦理論」(superstring theory,詳見第36頁)就預測這個世界可能是9維度空間。
這個世界,怎麼看都是個3維度的空間,真的會有4維度以上的空間(高維度空間)存在嗎?「超過3個維度的維度,可能是『微小而隱藏』的。」淺井教授表示。如果有6個維度隱藏著,那麼這個世界就會變成9維度空間(大的3個維度+微小而隱藏的6個維度)※。
根據截至目前為止所進行的各種實驗結果顯示,高維度空間的尺寸極有可能在10-19(0.0000000000000000001)公尺以下。這個尺寸還不到氫原子核(質子)的1萬分之1。
如果我們能夠一邊不斷地縮小,一邊持續地觀察周遭的世界,則在縮小到某個程度之前,空間還只是3維度,但是當小於某個尺寸(例如10-19公尺)之後,應該就能看到4個維度以上了。
高維度空間可能縮小地隱藏在空間上的各個地方。也就是說,把世界的任何一個地方放大,都可以發現高維度空間隱藏其中。但是,除非是縮小到極其微小的尺寸,否則並無法辨識高維度空間,所以在我們一般能夠看到的範圍內,世界都是3維度。
※:除了空間(space)之外,時間(time)也具有1個維度。例如空間為9個維度的場合,有時也會再加上時間的1個維度,而稱之為「10維度時空」。所謂的時空(spacetime),是把時間和空間合為一體來處理時的表示法。
圍繞著太陽以外之恆星運行的「系外行星」(exoplanet或extrasolar planet)。是在1995年首度發現,當時發現的是一顆緊鄰恆星運行的灼熱氣體巨行星,簡直超乎所有人的想像。自此之後迄今,已經發現約3500顆系外行星,其中有不斷釋放出塵埃而邁向崩潰的行星,也有質量僅約地球數倍的「超級地球」(super-Earth)等,有很多系外行星與太陽系的行星大相逕庭。本期是連載的第1回,我們就來介紹幾顆完全不符合太陽系的常識,算是「異形」的系外行星吧!下一期第2回中,我們將介紹可能存在生命的系外行星究竟是什麼樣的行星,在下下一期第3回中,預定介紹分布在宇宙中多樣化系外行星的形成理論,以及近年來快速進展的系外行星科學,敬請期待。
2017年6月,發現觀測史上最高溫的系外行星,該行星的名稱為「KELT-9 b」,是繞著天鵝座(Cygnus)方向上,距離約650光年的恆星「KELT-9」運行的氣體巨行星(gas giant planet)。
其質量約是地球的920倍,直徑約是地球的21倍,而它的表面溫度竟然高達4300℃。這樣的溫度與出現在太陽表面的「黑子」(sunspot)※1相匹敵,溫度實在非常高。KELT-9 b為什麼會這麼高溫呢?
事實上,KELT-9 b在距離母恆星(該行星所環繞運行的恆星)非常近的軌道公轉,該距離僅約520萬公里(約0.035 au※2)。根據推測母恆星的直徑約330萬公里,所以相較下就能體會到兩者的距離究竟有多麼接近了吧!而且因為該恆星比太陽還要高溫,表面溫度高達1萬℃。換句話說,除了距離母恆星十分接近之外,再加上母恆星又極為高溫,所以行星表面受到強烈加熱,才會有4300℃的高溫。
再者,發現KELT-9 b的團隊成員之一,從事系外行星觀測的日本東京大學成田憲保博士表示:「KELT-9 b的大量大氣流到宇宙空間中,因此或許會像彗星般拖著長長的尾巴」。這是因為受母恆星的強烈紫外線輻射所分解的大氣成分,被母恆星所吹出的「風」(稱為恆星風的電離氣體)吹襲的緣故。
2011年7月,日本厚生勞動省宣布將在癌症、中風、心肌梗塞及糖尿病這四項重點處理的疾病(四大疾病)中加入「精神疾病」,推動新的「五大疾病」醫療計畫。
在精神疾病中,尤其對現代社會造成莫大影響的是「憂鬱症」(depressive disorder)。衛生署國民健康局憂鬱症調查指出,按人口比例估算,台灣約有200萬人有憂鬱症狀,其中重度憂鬱者,約125萬人。日本厚生勞動省表示,因憂鬱症及躁鬱症等「情感性疾患」(mood disorder)接受治療的患者人數在1984年只有9萬7000人,在1999年增加到44萬1000人,到了2008年則攀升到104萬1000人,在24年之間便增加了11倍之多。
此外,據表示,其實罹患有憂鬱症卻未至醫療機關就診的患者推測可能是這個數字的好幾倍,並且可能每10~15人當中就有1個人,在一生中會發生一次憂鬱症。WHO(世界衛生組織)的自殺防治手冊表示,90%的自殺者都患有某種精神疾病,並且更推測60%的人在自殺時都處於「抑鬱狀態(心情低落,做什麼都不快樂的狀態)」。憂鬱症給社會帶來相當大的影響。
我們在每天生活中,不是只會遇到快樂的事,也會遇到痛苦及困難。在遇到這些不順時,心情有時也會低落。不過,只要症狀輕微,並且能在短期間內恢復的話,便不是「憂鬱症」。若是抑鬱的心情以及對所有事物失去興趣與愉悅感的狀態持續2週以上,加上因為出現不想活動身體,或失眠及精力減退等各種症狀而對當事者造成強烈痛苦,或影響到進行社會生活時,就可能被診斷為憂鬱症。
雖然憂鬱症曾被稱為「中年人的疾病」,但事實上它可能發生在學齡期後任何年紀的人身上(右側插圖)。我們無法預測何時或何地環境會發生巨大的變化。
本期關於高維空間的理論是不是相當有趣呢?你知道憂慮症上身是甚麼原因造成的嗎?歡迎購買本期雜誌繼續閱讀詳細內容!
篇篇精采的科學報導,請見《牛頓科學雜誌》2018年2月號(124期)
作者簡介:
為日本NEWTON雜誌授權繁體中文版,Newton牛頓科學雜誌是一本科普雜誌,內容有5大特色:
1. 文字淺顯,易讀易懂:文字深入淺出,將艱深知識淺顯化,可以讓對科學有興趣的人輕鬆閱讀。
2. 圖文連貫,完整概念:不但文字之間陳述連貫,圖文之間也緊密契合,將一個概念完整呈現,長期閱讀可以培養邏輯思維、組織分析能力。
3. 圖含深意,圖解詳細:圖文並茂,每張圖均深具意義,將艱深知識以圖解方式鉅細靡遺解說,可以解答讀者科學方面的問題。
4. 摘要說明,清楚解說:內容利用摘要方式呈現,閱讀、查詢均方便,可以讓讀者快速抓到重點。
5. 圖片珍貴,值得收藏:每期均有宇宙電子傳真影像、生態高密度特寫、大自然的瑰麗景致、電腦三維立體模型繪圖,每張圖照珍貴經典,值得收藏,可反覆研讀,或集結成科學工具書。
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