第四维空间生物是什么样子 人类进去会怎样

伤我心太深

接着刚刚 “超弦理论”揭示宇宙同时存在十个维度 继续往下讲：我们现在虽然处于三维空间，但是你们有没有想过第四维空间的生物是什么样的？如果人类进入到这个第四维空间能生存吗？
“不好意思，请问时间是什么？”在日常生活中，我想你和我一样不会这么问。显而易见，因为时间好象就是这么回事。然而，你也不大可能走近一个陌生人，然后问：“不好意思，请问这是什么空间？”如果你迷路了，很可能会说：“不好意思，请问我在哪里？”你问的并不是空间本身是什么，而是你在空间中的位置。同样，当你问时间的时候，问的也不是时间是什么，而是你在时间中的位置。

然而，我们通常都想不到这一点。我们的语言反映出我们对时间和空间的认识有多么巨大的差异。虽然我们可以凭直觉感知时间，但是，时光的流逝却是一种错觉。爱因斯坦告诉我们，思考现实，有两种等价的方式：一种是会随着时间发生变化的三维空间；而另一种是四维的时空体。四维时空体仅仅是存在。它不会变化，无法被创造，也无法被摧毁。

第四维空间

我由此想到，青蛙和小鸟对现实世界应该有两种截然不同的看法。小鸟从高处俯瞰大地，它相当于正在用物理方程式描述时空体、研究时空体数学结构的物理学家；而青蛙则在小鸟俯瞰的地底。随着时间的推移，它们对于月亮的观察，会有两种不同的感受。青蛙看到的是类似于下面右图的景象——五张月亮分别位于不同位置的空间快照；而小鸟看到是左图的景象——一个时空体中的永恒螺旋体。

月球的运行：我们可以认为，月亮在空间中的位置会随着时间而发生变化（右），也可以认为它是时空体中的一个永恒螺旋体（左），后者相当于一个数学结构。右边的空间快照只是左边时空体螺旋的横断面。为了便于理解，我把月球轨道按比例进行了缩小，并作了简化处理。要从左边的时空体螺旋中获得右边的空间快照，只需在你感兴趣的时间点上截取切片即可。

对于小鸟和物理学家来说，过去和未来并没有实在的定义。正如爱因斯坦所说，“过去、现在和未来的区别，只是人们顽固而持久的幻觉。”我们所认为的现在，是指我们作出这一决断时，所在时空体的横断面。而当我们提及未来和过去时，指的是这个横断面的上下部分。

就好像我们用“这里”这个词来描述此刻所处的空间，前面和后面指的是与此刻不同的位置。但是前面和后面显然同样真实——如果你一直朝前走，那么此刻在你前方的人，将来就会落在你后面，而且也会落在其他人后面。与之相似的是，在时空体中，未来和过去一样真实——现在还是未来的部分时空体，会在未来变成过去。既然时空体是静态、不变的，那么它各个部分的真实性都不会改变，各个部分都必须同样真实。

时空体理念不仅可以让大家重新思考过去和未来的意义，还为我们引入了“数学宇宙”这个观点。就此意义来讲，时空体是一个纯粹的数学结构，除了数学属性，它不存在其他属性。例如，数字4指的就是维数。在《我们的数学宇宙》这本书中我谈到，不仅仅是时空体，实际上整个外部现实都是一个数学结构。根据定义，它是一个存在于时间和空间之外的、抽象的永恒实体。

时空体管道最有趣的不是庞大的外形，而是其内部结构，它极为复杂。

这意味着什么？一方面，它意味着宇宙可以用数学进行出色的描述。几个世纪以来快速累积的证据，越来越清晰地证明了这一点。这一领域的最新成果便是希格斯玻色子的发现，和海王星和无线电波一样，它们都是用笔和数学方程式预测出来的。

说我们的宇宙大体上可以被数学“描述”，就意味着它只有一部分属性是数学的，而非全部。但说宇宙“是”数学的，就意味着它的所有属性都是数学的，除了数学之外，它不具有任何其他属性。如果我是对的，而且也确实如此，那么这对物理学来说是个好消息。因为假如我们足够聪明，足够有创造力，那么原则上宇宙的所有属性都是可以理解的。这还意味着，现实要比我们想象的大很多，包含了形形色色的宇宙，他们遵循所有可能的数学物理法则。

这种对时空体及其内部事物的新看法中，包含了对我们自身的新看法。我们的思想、情感、自我意识，以及深层次上的自我存在感——这一切在我看来都没有数学属性可言。但是，构成我们的基本粒子，和构成这个现实世界的基本粒子是一样的。既然我认为现实世界是纯粹的数学，那么该如何调和这两个观点呢？

Chad Hagen

第一步是如何看待时空体结构中的我们。宇宙学先行者乔治·伽莫夫的自传名为《我的世界线》，爱因斯坦也用世界线一词来指时空体的路径。但是严格地说，我们自身的世界线并非是一条线：它没有非零的厚度，也不是直的。组成我们身体的大致10^29个基本粒子（夸克和电子）在时空体中的外形类似于管道，与月亮的螺旋形运行轨道相似，但是更加复杂。如果你在水池中一圈圈游泳，那么这一部分的时空体管道是之字形的；如果你在操场上荡秋千，那么时空体管道是弯弯曲曲的。

但是时空体管道最有趣的不是庞大的外形，而是其内部结构，它极为复杂。构成月亮的粒子以静态方式堆积在一起，但构成你身体的粒子却在持续运动中。例如，构成你血红细胞的粒子。在你全身的血液循环为身体输送所需的氧气时，每个血红细胞都会在时空体中描绘出它独有的管道形态，它体现的是血红细胞通过动脉、毛细血管、静脉，定期回到心脏和肺部的复杂行程。这些不同血红细胞的时空体管道相互交织，构成了一条极为复杂的发辫状形态（如下图所示），它要比你在理发店里看到的发辫复杂得多：一条传统的发辫由三股发束组成，每一股发束可能包含三万根头发，它们交织成一个简单重复的形态。而这条时空体中的“发辫”由数万亿条发束组成（每条发束对应一个血红细胞），每条发束又由数万亿条发丝般的基本粒子轨迹构成，它们互相交织，形成了一个复杂的形态，且永不重复。换句话说，假如给你一年的时间，让你给好友做一个疯狂的发型，要求你把每根头发都进行单独的编织，那么你的任务相比而言仍然非常简单。

生命及其复杂性：物体在时空体中的运动会产生一种时空体形态。10个加速前进的、没有活力的粒子构成的时空体形态非常简单（左），构成生物体粒子的时空体形态非常复杂（中），因为它们要为信息处理等生存必需的过程进行复杂运动。生物体死亡时，整个时空体形态就会瓦解，各个粒子最终分道扬镳。图中只展现了10个粒子，而我们自身含有大约10^29个粒子，这样的时空体形态复杂程度让人烧脑。

然而，这种复杂程度与大脑信息处理产生的形态相比仍然相形见绌。我们大概有一千亿个神经细胞，它们在不停地制造电子信号，改组数十亿上万亿的原子，特别是钠、钾和钙离子。这些原子的轨迹在时空体中形成了一条极为复杂的发辫形态，它们体现的是信息的存储和处理，从某种程度上，我们所熟悉的自我意识，就是在这个过程中产生的。科学界普遍认为我们对这种运作方式仍然不了解，所以我们还没有充分地了解自己。但是也许可以粗略地说：我们就是时空体中的一个形态。一种数学形态。具体来说，就是时空体中的一条发辫——一条最复杂的发辫。

有的人想到自己是一组粒子时可能会觉得不太开心。我20多岁时，当好友 Emil 用瑞典语 atomhög 戏称另一好友 Mats 为“一堆原子（atom heap）”时，我笑得前俯后仰。但是，如果有人说“我无法相信我只是一堆原子”，我并不赞成用“只”这个词：反映了我们大脑的这条复杂的时空体发辫，无疑拥有宇宙中最精致的形态。与其相比，世界上最快的电脑、大峡谷，甚至是太阳的时空体形态都非常简单。

时空体发辫的两端所对应的，是你的出生和死亡。两端的线条都是分散的，反映的是构成你身体所有粒子的汇集、互动，和分道扬镳（如上图最右所示）。因此你一生的时空体形态就好像一棵树：底部，生命伊始，树错综复杂的根部系统就好像粒子在时空体中的轨迹，它们渐渐汇合，形成粗壮的线条，最终变成管状的躯干。躯干则是我们目前的身体。生命后期，树的躯干逐渐分散为较细的枝杈，意味着粒子开始各行其道，直至生命的终结。换而言之，生命在时间维度上只是有限的一段，它就好像一条两端被打散的发辫。

这种将我们视为时空体数学发辫的观点，向一些观点提出了挑战，比如“我们无法理解意识”。它乐观地表明，也许某一天，意识可以被理解为是一种物质的组织形式，它源自宇宙中最为精巧的时空体结构。这样的认识，可以为我们在广泛的伦理、法律和技术领域带来启发，并籍此推动我们对动物、反应迟钝的患者，以及未来超智能机器等方面的研究。

这就是我的看法。然而尽管这种“现实不变”的观点弥足珍贵，而且能追溯到爱因斯坦，它仍然存在争议，而且引发了激烈的科学争论。一些我十分尊敬的科学家也发表了观点。例如，由于我不再以变化和创造作为基础，布莱恩·格林在《隐藏的现实》一书中表示了不安，他说：“我更认为有一个过程，但是对于制造多元宇宙的猜想却没有把握。”李·斯莫林在他的《时光重生》中进一步谈到，不仅变化是真实的，而且可能也只有时间才是真实的。与之相反的是，朱利安·巴伯在《时光尽头》中指出，变化只是一种幻觉，甚至根本无需时间这个概念，我们就可以描述现实世界。

如果我们发现了时间的最终本质，那就会解开当今物理学家面临的许多最激动人心的未解之谜。在宇宙大爆炸之前，时间有开始么？它最终会结束么？它是来源于永恒的量子模糊继而最终瓦解的么？物理学家还未发现能够有力回答这些问题的量子引力数学理论，但是无论这种“万物理论”是什么，时间都会是解开谜底的关键。

作者 Max Tegmark 是麻省理工学院物理学教授，撰有超过 200 篇技术论文。因其疯狂的想法和充满激情的开拓精神而被称为“疯狂的 Max”，他的科学兴趣从精确宇宙到现实的终极属性无所不包，这些在他的新书《我们的数学宇宙》中都有探讨。

文/Max Tegmark
图/Chad Hagen
译/老孙