我们所处的宇宙中存在着第四维度:换一个维度,我们都是神

我们早已习惯了我们所处的长、宽、高三维空间。我们很容易想出降维状态下事物的样子,不论是2D的平面还是1D的线条。然而更高的维度使我们犯了难,因为我 们想象不出超越我们认知范畴的“空间”该是什么样的。在我们所处的宇宙中存在着第四维度——时间,而空间维度只有三维。

让我们放纵一下想象力:假如维度像四季一样更替,前半年我们处于三维空间,后半年处于四维空间,世界会是什么样子?

试想,你能够在多出的一重维度上运动,而不仅仅是上下南北东西向的运动。

试想,你是世界上唯一一个有这种能力的人。

达利在1979年的作品《寻找第四维度》

在身处三维世界的普罗大众眼中,你的许多所作所为都将是神一样的技能:

·在相隔遥远的两地间瞬移;

·不用开膛破肚就将一个人的内脏移位或摘除;

·或者干脆让某人从其所处的3D宇宙中消失再把他/她扔在任何一个地方,揉圆拍扁随你高兴

听起来太不靠谱了?那么退一步,想想你——一个3D生物,和2D宇宙互动,你就会明白了。从三维空间的角度出发,我们可以进入二维生物体内随意而无需动刀 子。我们可以把它们里外翻个面,或者把它们的左半边和右半边互换位置。我们还可以把它们从其所处的宇宙中抽离,随意安置。

而在只能看到二维的生物眼中,我们这些闯入它们世界的三维生物将是何等诡异的存在:

·首先我们两只脚的形状会出现;

·随着我们在二维宇宙中运动,我们会变成两个圆;

·两个圆慢慢变大直到它们重合;

·之后更多的圆(手指)会出现;

·更大的两个圆出现(手掌和胳膊);

·然后所有圆在我们的肩膀处融为一体;

·接下来收缩、变大,最后在我们的脖子和头的部位消失

谢天谢地,我们的宇宙中没有4D生物存在,否则还真的很难将它们同无所不能的神区分开来。但是,如果现有的宇宙中除了我们这些高维度生物,宇宙自身还有更多的维度呢?我想指出的是,这并非空穴来风。有证据表明我们的宇宙在过去可能有过比现在更多的维度。

耶鲁大学J.W.Gibbs实验室的Alan Chodos和Steven Detweiler发表在1980年Physical Review D上的文章《第五维度哪去了?》

在广义相对论的前提下,构建一个维度随时间变化的空间是可行的。你不仅可以在过去还可以在未来建立一重宏观维度。你甚至可以构建维度数目可变或随时间规律变化的时空。

正八胞体(上),3D正方体的4D模拟和没有3D模拟的正二十四胞体(下)

听起来蛮酷的。但是那样的世界将是什么样的呢?四种基本力——重力、电磁和两种核力的种种特质只能在我们所处的三维时空中发挥作用。如果我们将维度数减少或增加,就会引起诸如场力线分布之类的变化。如果电磁或核力受到影响,将会带来灾难性的后果。

3D矢量场程序

我们来看看原子。原子和原子核是构成世间万物的基本单位,它们都极其微小:原子是埃米(10的负10次方米)级的,原子核是费米(10的负15次方米)级的。如果另一维度足够大,使这些力“流入”另一维度,支配这些力的法则就会改变。

基本上,维度越多,这些力就会越弱。对原子核而言,这种变化也许还不是太糟:原子核的体积会稍微变大,有些原子核的稳定性会改变,原本稳定的变为有放射性的,原本放射性的变为稳定的。这还算说得过去。电磁的麻烦可就大了。

原子轨道

想象一下:如果突然之间电子和原子核之间的作用力减弱会怎样?在分子水平上,你之所以是个完整的人,还要拜电子和原子核之间的作用力所赐。若该作用力改变,万物的构造就都变了。酶会变性;蛋白质会变形;配体门控神经元会分离;连DNA也不再会将它该编码的分子进行编码。

换言之,如果电磁力因为进入了一个达到埃米级的大四维空间而发生变化,人体机能会瞬间停滞,致人死亡。

不过希望还是有的。大量范例证明——其中绝大多数是受到弦理论的启发得来的——电磁力和核力仅限于三维空间。只有重力才能通过四维。对于我们,这意味着当第 四维度逐渐变大变强,重力便会“流入”多出来的这一维度。这样一来,物体将受到比我们所习惯的更少的引力。这将引发一系列奇怪的现象:

根据小行星25143的3D模型绘制的图

小行星会碎裂,因为其自身引力将不足以让砂石吸附在一起;彗星临近太阳时将蒸发得更快并拖曳出更壮观的慧尾。如果第四维度变得足够大,地心引力会大幅下降,令我们的星球膨胀,尤其是沿着赤道的部分。

极地附近的人们只会觉得重力减轻,赤道附近的人们却有被抛入外太空的危险。

从宏观角度看,牛顿著名的万有引力定律即平方反比定律一下子变成立方反比定律,引力会随着距离增加更快地衰减。如果这一维度大到像日地距离一样,那么,太阳 系中的一切都将失去束缚。如果这种状态持续数日——即使重力在之后的50周恢复正常,只消一个世纪太阳系就会彻底土崩瓦解。

尽管跳高和跳远比赛的可看性会大大增加,我们长久以来弥足珍贵的稳定的宇宙却面临着灭顶之灾。地球也将失去大气层和赤道带,变得面目全非。

冻结的地球

值得欣慰的是,在四维空间,我们将不用再担心全球变暖的问题。地日距离的增加会让地球降温,且降温的速度远远大于大气层中二氧化碳增加的速度。

依我看来,即使人类只能在四维空间里活上短短几年,在新维度里的全新体验也完全值得我们用余生来换取。

文章来源:Medium

文章作者:Ethan Siegel,宇宙学作家、天体物理学家、通讯员及NASA专栏作家

编译:未来论坛 商白

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