在这里就很简单地介绍一下高维空间:
我们生活在一个3维的空间之中。我们用长、宽、高三个量可以描述一切我们已知的世界万物。先不说四维时空(把时间当做第四维),如果探讨比我们三维更高一级的维度——四维,那会是什么样的世界?我们很难想象。如一个科学家所说的,描述四维空间就像向盲人描述什么是红色一样的困难和不可能。可以用类比的方法去瞥见四维空间。我们知道,点移动可成线,线移动可成面,面移动可成体。这样,一个几何奇点变成一维,再到二维、三维。假设有一平面国。在这个平面国中,一切都是二维的。如下图所示的那样:
这时处在三维世界的我们用铅笔在一个平面国人周围画一个圈,他会很困惑无论走到哪都不能摆脱这个圈。实际上对于他们来说二维就是一切,一切他们所能看到和理解的,他们不知如何“向上”。此时,我们用手将平面国人“拉起”,他就瞬间摆脱了那个圈,同时在平面国的其他人又惊奇的发现这个圈中的人突然消失了。我们帮助那个平面国人增加了一个维度,立刻就像变魔术一样,它拥有了“不可思议的力量”。更不可思议的是,因为平面国人只有二维空间,所以他们不能翻身,当我们把平面国人拉到三维空间中将他翻个身再放回平面国中,那么他会在一次体检中意外得知自己的心脏从左边变到了右边,实际一切都翻转了,但是一切又都很正常。
试想一下,如果从四维空间伸出一只“手”将我们“拖”入那里,这会发生什么?必然的是,我们也会在我们的世界中突然消失,如果我们在四维空间中“翻身”回来后,心脏也跑到了另一边。如果有人能够掌握这个空间的转换那是十分令人不安的。如穿墙术、大变活人等成为可能。但是如何进入第四维呢,现在还没有办法,这点让人很放心。
再看一个例子,如下图:
我们将一个立方体盒子展开,可以被看成是六个正方形的十字排列。在平面国的人看到了六个正方形,对他们来说,这很平常。但这时,一个三维空间的人将这六个正方形折起,变成了一个立方体,此时,平面国人又惊呆了,刚刚明明看到六个正方形,怎么突然就变成只剩一个了呢?实际他们看到的是立方体的底面或者说是立方体的截面。试想一下,如果在四维空间中,有一个超立方体,将它展开,在三维空间的我们看到了一个由八个立方体组成的立体十字,如下所示:
这时,一个四维空间的人将这个展开的体以一种我们无法想象的方式折成了一个超立方体。我们会忽然发觉,刚刚的八个立方体组合现在只剩一个了。实际上我们看到的是四维空间的“底面”或者截面。我们以这样一种方法来瞥见第四维,但事实是我们根本看不到四维空间。
高维空间的作用:
在这个世界中存在着更多的高维空间。科学家们认为,在宇宙大爆炸时,维度分开,一个四维的宇宙和六维宇宙同时分离出来,我们现在居住的四维时空在不断地扩大,这也是符合宇宙膨胀论的,而另一个我们的孪生宇宙则不断地坍缩,以至于小到普朗克长度,我们根本无法观测到。
爱因斯坦一直追求物理学的统一理论,就是能将所有已知自然力用一个表达式写出。爱因斯坦取得的一系列成就要归功于将维度的提高——增加时间维。但是到了晚年,似乎忘记了高维空间的作用,统一理论也离他远去。但近几十年来,量子物理和超弦理论重新将高维空间纳入,发挥其作用,这的确可以将电磁力、强核力、弱核力以及引力归纳到一个统一的场中来考虑,但目前还缺少一个绝顶聪明的人来给出正确的有限解,也就是说我们的数学还没有发展到支撑此理论的时候。
高维空间的作用当然不只是得出高级的物理理论,它也能让我们的时空旅行变得可能。下次会写些关于时空扭曲和“蛀洞”的文章,在那里可以看到我们将会是怎样进行时空之旅的。
对于我们来说,我们相信眼睛所看到的,那些不能被观测到的且仅仅是理论阶段的物理理论不会被大众所承认。但事实是它们的存在是很可能的,也是人类通往遥远未来所必须认识和掌握的。