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人从三维空间进入四维空间,会发生什么?

人从三维空间进入四维空间,会发生什么?很炫的“科学提问”啊,你们看懂了吗?

文/李淼

三体之《死神永生》中有一段关于万有引力号追击蓝色空间号,反被蓝色空间号上的人进入第四维彻底占领的故事。这一段写得惊心动魄,同时也展示了从高维空间中看三维的非同寻常的美丽和复杂:

“我们进去吧。”褚岩说,然后像跳水似的钻进了那个空间。莫沃维奇和关一帆惊恐地看着他的身体从头到脚消失在空气中,在空间无形的球面上,他身体的断面飞快地变换着形状,那晶亮的镜面甚至在周围的舱壁上反射出水纹一样跳动的光影。褚岩很快完全消失了,正当莫沃维寄和关一帆面面相觑之际,突然从那个空间伸出两只手,那两只手和前臂就悬在空中,分别伸向两人,莫沃维奇和关一帆各抓住一只手,立刻都被拉进了四维空间。

……

人们总是喜欢用这样一个类比:想象生活在三维空间中的一张二维平面画中的扁片人,不管这幅画多么丰富多彩,其中的二维人只能看到周围世界的侧面,在他们眼中,周围的人和事物都是一些长短不一的线段而已。只有当一个二维扁片人从画中飘出来,进人三维空间,再回头看那幅画,才能看到画的全貌。

假如真的存在高维,例如第四维,我们这些“可怜”的三维生物到底能不能进入?

答案,根据物理学,如果不是不可能,也是异常困难的。

为什么困难甚至不可能?我们首先回顾一下三体中提到在四维空间传播无线电信号的问题。在四维空间中,无线电信号随距离比三维空间中要衰减得厉害得多。

根据能量守恒,信号强度乘以距离的三次方是不变的,这里,距离的三次方就是四维中三维球面的“面积”(忽略一个常数)。所以,在四维空间中,信号强度与距离三次方成反比。而在三维空间中,信号强度是与距离平方成反比的。这是因为,三维中的二维球面的面积与距离平方成正比,那么信号强度乘以面积是一个不变量,这是能量守恒定律。实验表明,在我们的世界中,信号强度确实与距离平方成反比。

也许你会说,在四维空间中能量也许是不守恒的。好吧,我们退一步接受你的说法,在四维空间能量不守恒。能量不守恒的结果是很可怕的,这是因为,在物理学中,能量是与时间有关的。如果能量不守恒,物理学定律会随时间变化。也就是说,一个在四维中的人,下一个时刻的体积和体重会剧烈变化,等等。我们还是不要接受这种可怕的假定。

好,接受了能量守恒定律,你就得接受信号强度在四维空间中与距离立方成反比这个结论。比如,我们从远处看一盏灯,灯会随着距离迅速暗下去,比在三维空间中暗下去的速率要大。

我们都学过库伦定律。这个定律说,两个电荷之间的作用力也随距离平方成反比,这和信号强度类似。其实,这两个定律的起源是一样的,因为两个电荷之间的作用力是通过电磁场传递的。(如果你学过力学,你还知道,两个电荷之间的势能与距离成反比,而力是势能的导数,所以与距离平方成反比。)我们还知道,牛顿的万有引力定律告诉我们,两个质量之间的万有引力也与距离平方成反比。其实,物理学家早就知道了,在三维空间中,所有长程力都与距离平方成反比。

那么,四维如何呢?前面我们已经知道了,在四维空间中信号与距离立方成反比,所以,四维空间的库伦定律就是:两个电荷之间的力与距离立方成反比。

这下就糟了,学过一点力学的人可以计算一下,如果两个电荷之间的力与距离立方成反比,质子与电子形成的束缚系统——氢原子,是否还是稳定的?结论很悲观:只要给一点扰动,这个“氢原子”很快消失,不是电子逃逸了,就是落到质子上去了。

那么,量子力学告诉我们什么?结果更加糟糕,除非电荷被调到一个与质量有关的固定值,氢原子的束缚态根本不存在!也许,只是很少的物理学家知道这个结果,但任何学过量子力学的人自己都可以简单地计算一下,束缚态不存在。

现在回到蓝色空间号。我们问,当这艘被追击的星舰进入四维“气泡”时,它会怎么样?答案很清楚,立刻灰飞烟灭。这是因为我们人的身体是由分子原子构成的,而分子原子之所以成为分子原子是因为原子核与电子之间的电磁力。分子原子进入四维空间就不存在了,人当然也会随之解体。当然,三维人更不可能通过翘曲点进入四维空间。

我们可以问一个更深的问题。假如电磁学只在三维空间中成立,当三维空间与四维气泡连接时,会出现什么现象?一种可能是,电磁学完全被囚禁在三维里,电磁场不能进入四维空间。这种情况确实出现在超弦理论中,三维空间是一个三维膜,三维膜上的一些物理场被囚禁在膜上,不能进入四维空间。

那么,人身上的的分子原子可以进入四维空间吗?在弦论中,一般是假定进入不了的。当然,我们可以假想分子原子中的原子核和电子可以进入四维空间,那么我们问,电磁场能进入吗?我还没有看到一个自洽的理论说电磁场不可以进入,如果这样,人还会解体。

一种办法是,让分子原子与电磁场永远囚禁在三维中,但让这个“三维体”随意进入四维,这就要求我们发明强大的机器来实现:这有点像我们在三维空间中拉扯皮球的皮,但没有强大的能力是做不到的。

最后,顺便谈一下其他维。二维如何?既然三维中库伦力与距离平方成反比,那么在二维中库伦力与距离成反比。其实,二维中的束缚态的尺寸非常小。如果我们二维化了,不见得会变大,很可能会塌缩,而且,二维中的质量会导致二维空间闭合——这是另外一个话题,今天不谈了。

更高维的空间呢?只要高于三维空间,库伦力导致的束缚态都是不稳定的。也就是说,在四维和四维以上的空间中,不存在原子,也不存在稳定的太阳系和美丽银河系。

所以,三维空间的存在不是无缘无故的。你问我为什么,我不知道,也许上帝希望有一个稳定的太阳系,有一个美丽的银河系,并且,有智慧的人类。

各位晚安,做一个美丽的高维梦吧。(来源



 

23 个评论 火速盖楼»

  1. 我们本来就是四维空间,时间就是四维发动机,笨蛋,

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  2. 都糊涂了······

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  3. 扯淡,人都是立体的,那有什么三维?女人倒是有三围。世界只分平面和立体,平面是视觉,立体是感觉。科学怎么越研究越是无稽之谈?真理往前再一小步,就是错误。懂不懂?

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  4. 平面是视觉吗?你看到的任何画面都是二维的吗?两个眼睛相对于两个摄像头、两个平行的摄像头你可以拍出三维吗?我觉得立体不是感觉、难道你人也是感觉吗?(人是立体的吧)现实的世界是有分平面和立体、因为这只是你能看到的现象而已。或许二维世界看不到三维、三维世界也看不到四维,三维可以看到二维也许四维可以看到三维呢?没有人能说的准、科学家研究并不是什么无稽之谈、我想应该是为了更深入的探索研究发现。

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  5. 我们是在三维空间,我们是可以看见二维的的,比如桌子的平面是二维,我们可以清洗的看见吧,我想四维空间应该也可以看见三维空间,应该是透视的那种,可以看见我们所有的一起
    且!依次类推!只不过高维度空间 看不见我们存在的世界或者是空间吧

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  6. 我认为你忘了一些东西,——“灵魂”。从三维到四维并非不可以,只是需要舍弃的东西太多。需要大智慧大勇气。中国有句古话:“置之死地而后生”。古时就有灵魂飞升一说,各类宗教也有提到过轮回的说法。当然我们现在要讲得不是什么轮回的奇异小说,而是想说出一种从三维穿越思维的可能。灵魂是一种什么状态很多人都说不清,但有一点是肯定的那就是那种东西一定是超脱在物理学以外的东西。它不以原子分子组成的形态,也不以磁场射线等东西作为存在依据,所以它也就没有了进入思维世界的限制。它进入四维世界后不会分解不会消失。而是以另外一种形态存在。
    请先不要急切的否认灵魂的存在。这个世界有太多未解之谜。有太多的悬疑故事。谁也不能全盘的否认他们的存在。也不要说这些不科学。我认为科学不单单是一种理论,一种知识。我认为科学更多的是一种学习,接受新事物的精神。我们现在的科学对于1000年前的人类来说。都是神迹一般,我们现在掌握的知识与能力对于古代人来说也许就是超能力了。但是1000年后的知识对于我们来说会不会也是超能力神迹呢?我们现在的灵异事件灵魂等东西对现在来说可能是不可理解的所以称之为神秘主义,宗教主义。但是如果未来的科学发现了它们解读了它们了解了它们。那它们不就是科学吗?这样逆推而来,现在的未知事件,灵异事故。不解之谜,也是科学的一部分,只是这部分我们还没有理解。

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  7. 恩,补充一下。科学也需要大胆的想象。科学与未知与神秘只有一线之隔。既然我们在猜测几百年几千年甚至几万年后才可能达到的事情。那么不妨大胆一些,将宗教的诡异与科学的谨慎结合。给出一个不算合理。但合乎情理的解释。并且有可能的解释,也许这个解释几百年都不会被人理解。但时间总会告诉这个解释,它是否真的存在。

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  8. 假设灵魂的能量是一种未知的能量,那么当科学家们研究出来这种能量存在以及性质,那么就能确定三维人能否进入四维空间

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  9. “灵魂”。从三维到四维并非不可以,只是需要舍弃的东西太多。需要大智慧大勇气。中国有句古话:“置之死地而后生”。古时就有灵魂飞升一说,各类宗教也有提到过轮回的说法。当然我们现在要讲得不是什么轮回的奇异小说,而是想说出一种从三维穿越思维的可能。灵魂是一种什么状态很多人都说不清,但有一点是肯定的那就是那种东西一定是超脱在物理学以外的东西。它不以原子分子组成的形态,也不以磁场射线等东西作为存在依据,所以它也就没有了进入思维世界的限制。它进入四维世界后不会分解不会消失。而是以另外一种形态存在。
    请先不要急切的否认灵魂的存在。这个世界有太多未解之谜。有太多的悬疑故事。谁也不能全盘的否认他们的存在。也不要说这些不科学。我认为科学不单单是一种理论,一种知识。我认为科学更多的是一种学习,接受新事物的精神。我们现在的科学对于1000年前的人类来说。都是神迹一般,我们现在掌握的知识与能力对于古代人来说也许就是超能力了。但是1000年后的知识对于我们来说会不会也是超能力神迹呢?我们现在的灵异事件灵魂等东西对现在来说可能是不可理解的所以称之为神秘主义,宗教主义。但是如果未来的科学发现了它们解读了它们了解了它们。那它们不就是科学吗?这样逆推而来,现在的未知事件,灵异事故。不解之谜,也是科学的一部分,只是这部分我们还没有理解。

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  10. “根据能量守恒,信号强度乘以距离的三次方是不变的,这里,距离的三次方就是四维中三维球面的“面积”(忽略一个常数)。所以,在四维空间中,信号强度与距离三次方成反比。而在三维空间中,信号强度是与距离平方成反比的。”这是推论,没有逻辑证明,接下来的当然也是推论。在四维中,能量不守恒并不可怕,在3维的人来看体积在发生变化。

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  11. 嗯,看来《心经》《金刚经》里面的说法还是有些道理的。

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