二维平面图
1618年 , 一个22岁的青年法国人加入了荷兰的军队 , 并在里面服役 。 当时的军队里面 , 为了纠正新兵弯腰驼背的站姿 , 当时的人们发明了一种十字架 , 将它绑在人的后背上 , 就可以让人站直 , 这是最早的背背佳 。
一天晚上 , 这名青年在仰望星空 , 当时的欧洲已经开始观测宇宙 , 他也对此有兴趣 。 可是他很苦恼 , 如何准确描述一颗星星的位置呢?这个时候他的长官来了 , 把十字架绑在了他背后 , 要罚他的站 , 正当他想要为自己辩解的时候 , 突然醒了 , 原来这只是他做的梦 。
星空中的星星应该怎样标注位置?
这个梦给了他灵感 , 十字架可以将人的背部分为四个区域 , 为什么人不用这种方式来表述一个点的位置呢?
正巧一次他和自己的战友罚站 , 感觉背上很痒 , 如果光是描述 , 无法将发痒的位置说清楚 , 可一旦借助了背上的十字架 , 就能准确地描述清楚痒的地方 。 这名青年叫做笛卡尔 , 他是坐标之父 , 也是他开创的二维表述 , 为后来的多维打下了基础 。
坐标之父——笛卡尔
二维对于我们有多重要?即使我们的认识已经到了四维宇宙 , 可是用来描述宇宙的角度依旧是二维的 , 比如拍摄到的宇宙照片 。 无论多复杂的星系 , 都能被我们的天文望远镜浓缩为一张图片 。
人类拍摄到的星云的一部分——创世之柱
但是二维也有其局限性 , 那就是 , 它所呈现的不一定是真的 , 或者说曾经是真的 , 但是现在不是了 。 于是有人猜测 , 我们的宇宙其实就是一个二维的宇宙 , 我们看见的一切都是假的 , 是人类自己脑补出来的三维空间 。
我们的宇宙是二维的吗?
人的空间感为什么我们只是看见一张二维平面图 , 就能想象出三维空间立体感呢?比如那张著名的星云图——创世之柱 , 人类看见之后 , 就能想象到斗转星移 , 星云的旋转 。 这是因为 , 人脑有一个结构 , 叫做前庭 , 那里控制着人类的空间感 。
人类拥有很强的空间感
很多人坐车、坐船和坐飞机的时候会感觉头晕目眩 , 恶心想吐 , 这个时候有人会劝 , 不要看窗外 。 因为人乘坐交通工具的时候 , 对于车船来说是相对静止的 , 人看见车船内的物体都是不动的 , 所以大脑认为人没有动 , 是静止的 。 可是这个时候看向窗外 , 外面的物体是在运动的 , 这在视觉上产生了运动 。
晕车很难受
人的内耳中除了耳蜗 , 还有三个半规管、椭圆囊和球囊 , 称为前庭器官 。 它们是人体空间位置的感受器 。 当人体的运动状态发生变化 , 会刺激三个半规管或椭圆囊中的感受细胞;而当头的位置改变时 , 就会刺激球囊中的感受细胞 。 最终引起神经冲动 , 然后沿着第八脑神经的前庭支 , 传向中枢神经引起相应的感受 。
前庭结构
前庭器官的本质是为了维持人体的平衡 , 控制人在运动中的下一步运动 。 此时人的大脑表示我们没有动 , 而视觉告诉大脑我们在动 , 这样的差异最后导致了前庭系统混乱 , 分不清自己到底是在动还是没动 , 最后整个大脑的感受出现混乱 , 人就开始出现不良反应 , 最直接的就是头晕 。 这种混乱还会导致人体的一些器官出现反常运动 , 如胃部 , 最后让人吐出来 。
晕车最常见的症状就是呕吐
空间感是高等动物进化出来的结果 , 为了帮助更好地观察四周 , 做出最快速的反应 。 因此大部分动物都有空间感 , 也会判断距离 。 人类的大脑更是登峰造极 , 能够从二维想象到三维 , 并发展出空间感知能力 。
因此 , 即便是一张简单的图像 , 人类的大脑也会让它动起来 。 这样说来 , 本来看到的宇宙图像就已经可能不是真的了 , 再加上人类自己的空间想象 , 这样会不会让人类对宇宙的认识 , 从一开始就是错误的呢?
人类的大脑是所有生物中最强的
眼前的一切在宇宙中 , 眼见不一定 , 科学家们也已经证实了 , 光凭光学天文望远镜的图像 , 很难研究透彻问题 , 二维图像会带来一定的局限性 。 因此 , 天文研究中 , 望远镜的种类不只一种 , 除了传统的光学望远镜 , 还有射电望远镜和空间望远镜 , 这些望远镜们相辅相成 , 能够还原一个更立体的空间 。
哈勃空间望远镜至于人们猜测的宇宙是二维的 , 科学家们解释道 , 我们的宇宙有可能来自一场大爆炸 , 在那之前 , 宇宙只是一个奇点 。 爆炸带来了时间和空间 , 从此开启了三维空间与一维时间 , 所以从这个角度来说 , 宇宙不是二维平面 , 假设它是 , 那我们的地球就不会是球体 。 就算不相信人造卫星传回来的图像 , 大航海时代的麦哲伦已经向人们证实了环球的可能 , 地球是球形 。
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