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前言:
我们都知道,人类及地球上我们已知的生物,都存在于三维空间中。我们希望自己眼前所见的事物就是空间中的全部,但那仅仅是三维空间中的部分。而对于三维空间中的一维、二维空间,我们在中学就可熟知其本质及关系,例如,一维空间指的就是一条线内的空间,二维空间就是一个平面内的空间,两条不重合的直线就能构成一个平面等。能如此轻易理解一、二维,得益于我们处在三维空间中,能够从一、二维空间之外去观测它们。而说到三维以上的多维空间,比如四维空间,相信不少人是陌生的。因为我们三维生物只能从三维空间里面观测世界,而四维空间是在三维空间外部并覆盖着它的,我们无法直接观测。但这并不意味着人类只能对多维空间一无所知。我们仍然可以运用零维到三维的升维方式去理解多维空间的存在。
一、四维空间
四维空间是多维空间中的明星,它在多部科幻电影中出现过。它是电影中宇宙飞船穿越时空的必经之地。相信大家都知道,四维比三维多出的一个概念是时间。也就是在我们所处的三维空间中增加了一个独立于长、宽、高的“方向”,这一方向对我们三维生物来说较难直接理解,它是三维空间外的概念。但我们可以通过降维的方式建立四维空间的模型。
在模型中,由于降维的原因,四维空间被投影到三维或三维以下的空间中,故我们能够看到时间轴。以上模型可以看出,四维空间中有无数个时间点,每个时间点对应一个三维空间,三维生物被限制在其中一个三维空间中,随着时间的推移而发展。但若我们能够找到“时间的方向”并向着这一“方向”走去,便可以打破时间限制了。这是四维生物与我们的不同之处,也是三维生物被限制在一个空间中的原因。(爱因斯坦相对论指出,我们并不是被绝对限制在时间的推移当中的,但在地球上的生活中,我们在时间轴上的“位移”能够忽略,所以在这里能够认为地球上的生物几乎完全被限制在一个时间点上的一个空间中。)
二、三维生物与四维生物
三维生物指存在于三维空间中的生物,拥有长,宽,高三种性质。人类目前观测到的所有生命体,都是三维生物。根据麦克斯韦方程,二位空间中不可能存在稳定的原子,故更不可能存在生命的基础—细胞,也就是说一维二维空间中不可能存在我们定义的生命体。所以,只有在大于等于3维的空间中才可能存在生命。虽然我们暂时没有发现或证明是否有四维生物存在,但不可否认它是有可能存在的。
顾名思义,四维生物是存在于四维空间中的生物,这就意味着它们能够在空间中寻找到“时间的方向”,当它向这一“方向”走去时,便可穿越时间从而到达另一个三维空间中。根据爱因斯坦相对论的其中一个公式,q的平方=1-(v的平方/光速的平方)(1/q为物体时间延长的倍数,v为物体相对速度)可知,当一物体速度接近光速时,它的时间过得将会比其周围空间中的物体慢。举个例子,当一物体进行接近光速的运动时,只要它的速度足够接近光速,那么它有可能在它自己的一秒内穿越到周围空间的几万年以后。将这一有达到接近光速能力的物体与上文的四维生物比较,它们都能够挣脱时间的束缚。也就是说当某一三维生物以足够接近光的速度运动时,它就升级为四维生物了。由此我们可以说,“时间的方向”确实存在于三维空间中。它并不是传统意义上的方向,而是和速率有某种联系。当人类能通过科技把自己加速至接近光速时,我们将与四维生物存在于同一层次。
三、对多维空间的认知(理论基础:弦理论)
我们知道,两个不同的纯粹的点相连可构成一条线,成为一维空间;两条不同的线构成的面成为二维空间,而不同的面又能构成一个三维空间。在上文“降了三维的四维空间模型”中,为了方便理解,模型中的一个点代表着某一时刻的三维空间。而这一点,因为被赋予了意义,它便不是一个纯粹的点,它实际上是三维空间在零维空间中的投影(以下简称三维投影点)。当点被赋予了这层含义之后,两点连线构成的线便为时间轴,这一模型也就成为了四维空间在一维空间上的投影。在此降维的基础上,两条代表不同时间轴的线便可构成五维空间。故五维空间中就存在着不止一条时间轴,这代表着在五维空间中,一个物体(包括生命)可能有不同的历史、不同的现在、不同的未来。
爱因斯坦相对论指出,若一个物体超光速运动时能够看到过去所发生的事情,然而这里的“看到”并不代表着它就回到了过去。因为倘若存在超光速运动的物体,它就能追上光,也就是它能够置身于过去的事件所发出的光中,而我们并不能说这道光就是事件本身。故此,即便是四维生物也只能向未来穿越,它不可能逆着时间轴行进,最多也只能看到过去的事件,但无法置身于事件中去改变它。但在六维空间中,弦定理指出通向过去的时空穿越是可能的,其方式也并不违反时间轴的方向。在理解六维空间的特性前,我们还需要了解另一种一维到三维的升维方式:可以想像,当一条直线弯曲成圆弧时,这条线就组成了一个圆—一个平面便产生了;当一个平面弯曲为球面时,这个面就组成了一个球—一个三维空间便产生了。这也就是弦理论中卷曲产生新维度的本质。了解了这一升维方式,便可开始对于六维空间的理解。首先将五维空间投影为一个平面,在把此空间升维时,可将代表此空间的平面卷曲为一曲面,这样,原本在平面上的直线就变成了曲面上的曲线。这就意味着在六维空间中的时间轴,可以是弯曲的。由此六维生物能够在某一时间点进入到一条弯曲的时间分支,以顺着时间轴方向的方式,绕到它原本存在着的时间轴的过去,像这样:
然而穿越到过去在逻辑上是不可行且危险的:如果你在过去的时空中改变了任何事件,那原本的时间轴将会崩溃,其后果难以想像。霍金先生曾指出,如果存在通向过去的途径并被随意利用,那么宇宙将会变得比我们所观测到的混乱得多。然而事实并非如此,说明宇宙中应当存在某种规则阻碍这种情况的发生。
当然弦理论的说法也只是为“回到过去”提供了一条可行的途径,但在现实世界中未必存在着这样一条特殊的、贯通现在与过去的、弯曲的时间轴。我描述这些的目的,也只是为了让人们能更透彻地理解六维空间。
如果说,维度是遵循轮回而不断递升的话,
那么在前面六维中,零到三维结束了一个“点、线、面、空间”的轮回。而以三维投影点为基础的空间——三维、四维、五维、六维,也完成了由点到空间的递增。据此,六维将是新一轮回的开始。六维,将被新的定义投影到一个“点”上。对于一个人来说,在他一生中的某一时间点,面临着多种选择,每种选择都将会使他去往不同的时间轴,而这些选择的个数是无限的,也就是说从这一点延伸出去的时间轴是有无数条的,于是可以把这一时间点及它延伸出的无数时间轴投影为一个点,新一轮回的基础便产生了。在此基础上,七到九维即是重演点到线、线到面、面到立体空间的过程。
结论:
在浩瀚宇宙中,人类不过是极其渺小的一部分,但我们大可不必为此感到自卑。即便我们的身材渺小得不值一提,但正是在这渺小的躯壳之下,能够孕育出足以想像多维宇宙的思想。对于某一陌生的事物,人们可以通过与已知事物相比较,抓住两件事物的共同点,去推测陌生事物的其他性质。正如上文写到的,对于三维以上的空间,通过类比零至三维的升维模式,来进一步理解并记忆多维空间的特性与意义。这正是类比思维强大的能力。
参考文献:
[1]G.伽莫夫 《從一到无穷大》
[2]斯蒂芬.霍金 《宇宙简史:起源与归宿》
[3]知著 《一张图弄明白从零维到十维》
我们都知道,人类及地球上我们已知的生物,都存在于三维空间中。我们希望自己眼前所见的事物就是空间中的全部,但那仅仅是三维空间中的部分。而对于三维空间中的一维、二维空间,我们在中学就可熟知其本质及关系,例如,一维空间指的就是一条线内的空间,二维空间就是一个平面内的空间,两条不重合的直线就能构成一个平面等。能如此轻易理解一、二维,得益于我们处在三维空间中,能够从一、二维空间之外去观测它们。而说到三维以上的多维空间,比如四维空间,相信不少人是陌生的。因为我们三维生物只能从三维空间里面观测世界,而四维空间是在三维空间外部并覆盖着它的,我们无法直接观测。但这并不意味着人类只能对多维空间一无所知。我们仍然可以运用零维到三维的升维方式去理解多维空间的存在。
一、四维空间
四维空间是多维空间中的明星,它在多部科幻电影中出现过。它是电影中宇宙飞船穿越时空的必经之地。相信大家都知道,四维比三维多出的一个概念是时间。也就是在我们所处的三维空间中增加了一个独立于长、宽、高的“方向”,这一方向对我们三维生物来说较难直接理解,它是三维空间外的概念。但我们可以通过降维的方式建立四维空间的模型。
在模型中,由于降维的原因,四维空间被投影到三维或三维以下的空间中,故我们能够看到时间轴。以上模型可以看出,四维空间中有无数个时间点,每个时间点对应一个三维空间,三维生物被限制在其中一个三维空间中,随着时间的推移而发展。但若我们能够找到“时间的方向”并向着这一“方向”走去,便可以打破时间限制了。这是四维生物与我们的不同之处,也是三维生物被限制在一个空间中的原因。(爱因斯坦相对论指出,我们并不是被绝对限制在时间的推移当中的,但在地球上的生活中,我们在时间轴上的“位移”能够忽略,所以在这里能够认为地球上的生物几乎完全被限制在一个时间点上的一个空间中。)
二、三维生物与四维生物
三维生物指存在于三维空间中的生物,拥有长,宽,高三种性质。人类目前观测到的所有生命体,都是三维生物。根据麦克斯韦方程,二位空间中不可能存在稳定的原子,故更不可能存在生命的基础—细胞,也就是说一维二维空间中不可能存在我们定义的生命体。所以,只有在大于等于3维的空间中才可能存在生命。虽然我们暂时没有发现或证明是否有四维生物存在,但不可否认它是有可能存在的。
顾名思义,四维生物是存在于四维空间中的生物,这就意味着它们能够在空间中寻找到“时间的方向”,当它向这一“方向”走去时,便可穿越时间从而到达另一个三维空间中。根据爱因斯坦相对论的其中一个公式,q的平方=1-(v的平方/光速的平方)(1/q为物体时间延长的倍数,v为物体相对速度)可知,当一物体速度接近光速时,它的时间过得将会比其周围空间中的物体慢。举个例子,当一物体进行接近光速的运动时,只要它的速度足够接近光速,那么它有可能在它自己的一秒内穿越到周围空间的几万年以后。将这一有达到接近光速能力的物体与上文的四维生物比较,它们都能够挣脱时间的束缚。也就是说当某一三维生物以足够接近光的速度运动时,它就升级为四维生物了。由此我们可以说,“时间的方向”确实存在于三维空间中。它并不是传统意义上的方向,而是和速率有某种联系。当人类能通过科技把自己加速至接近光速时,我们将与四维生物存在于同一层次。
三、对多维空间的认知(理论基础:弦理论)
我们知道,两个不同的纯粹的点相连可构成一条线,成为一维空间;两条不同的线构成的面成为二维空间,而不同的面又能构成一个三维空间。在上文“降了三维的四维空间模型”中,为了方便理解,模型中的一个点代表着某一时刻的三维空间。而这一点,因为被赋予了意义,它便不是一个纯粹的点,它实际上是三维空间在零维空间中的投影(以下简称三维投影点)。当点被赋予了这层含义之后,两点连线构成的线便为时间轴,这一模型也就成为了四维空间在一维空间上的投影。在此降维的基础上,两条代表不同时间轴的线便可构成五维空间。故五维空间中就存在着不止一条时间轴,这代表着在五维空间中,一个物体(包括生命)可能有不同的历史、不同的现在、不同的未来。
爱因斯坦相对论指出,若一个物体超光速运动时能够看到过去所发生的事情,然而这里的“看到”并不代表着它就回到了过去。因为倘若存在超光速运动的物体,它就能追上光,也就是它能够置身于过去的事件所发出的光中,而我们并不能说这道光就是事件本身。故此,即便是四维生物也只能向未来穿越,它不可能逆着时间轴行进,最多也只能看到过去的事件,但无法置身于事件中去改变它。但在六维空间中,弦定理指出通向过去的时空穿越是可能的,其方式也并不违反时间轴的方向。在理解六维空间的特性前,我们还需要了解另一种一维到三维的升维方式:可以想像,当一条直线弯曲成圆弧时,这条线就组成了一个圆—一个平面便产生了;当一个平面弯曲为球面时,这个面就组成了一个球—一个三维空间便产生了。这也就是弦理论中卷曲产生新维度的本质。了解了这一升维方式,便可开始对于六维空间的理解。首先将五维空间投影为一个平面,在把此空间升维时,可将代表此空间的平面卷曲为一曲面,这样,原本在平面上的直线就变成了曲面上的曲线。这就意味着在六维空间中的时间轴,可以是弯曲的。由此六维生物能够在某一时间点进入到一条弯曲的时间分支,以顺着时间轴方向的方式,绕到它原本存在着的时间轴的过去,像这样:
然而穿越到过去在逻辑上是不可行且危险的:如果你在过去的时空中改变了任何事件,那原本的时间轴将会崩溃,其后果难以想像。霍金先生曾指出,如果存在通向过去的途径并被随意利用,那么宇宙将会变得比我们所观测到的混乱得多。然而事实并非如此,说明宇宙中应当存在某种规则阻碍这种情况的发生。
当然弦理论的说法也只是为“回到过去”提供了一条可行的途径,但在现实世界中未必存在着这样一条特殊的、贯通现在与过去的、弯曲的时间轴。我描述这些的目的,也只是为了让人们能更透彻地理解六维空间。
如果说,维度是遵循轮回而不断递升的话,
那么在前面六维中,零到三维结束了一个“点、线、面、空间”的轮回。而以三维投影点为基础的空间——三维、四维、五维、六维,也完成了由点到空间的递增。据此,六维将是新一轮回的开始。六维,将被新的定义投影到一个“点”上。对于一个人来说,在他一生中的某一时间点,面临着多种选择,每种选择都将会使他去往不同的时间轴,而这些选择的个数是无限的,也就是说从这一点延伸出去的时间轴是有无数条的,于是可以把这一时间点及它延伸出的无数时间轴投影为一个点,新一轮回的基础便产生了。在此基础上,七到九维即是重演点到线、线到面、面到立体空间的过程。
结论:
在浩瀚宇宙中,人类不过是极其渺小的一部分,但我们大可不必为此感到自卑。即便我们的身材渺小得不值一提,但正是在这渺小的躯壳之下,能够孕育出足以想像多维宇宙的思想。对于某一陌生的事物,人们可以通过与已知事物相比较,抓住两件事物的共同点,去推测陌生事物的其他性质。正如上文写到的,对于三维以上的空间,通过类比零至三维的升维模式,来进一步理解并记忆多维空间的特性与意义。这正是类比思维强大的能力。
参考文献:
[1]G.伽莫夫 《從一到无穷大》
[2]斯蒂芬.霍金 《宇宙简史:起源与归宿》
[3]知著 《一张图弄明白从零维到十维》