从爱因斯坦到多维空间中生命的探索 多维空间旅行能否成真

UFO爱好者

　　



真实的多维空间旅行会是怎样子
无数科幻电影常常是这样描述多维空间旅行的：当太空船向前疾驰的时候，星星是以一条条光的形式出现。但是据一个物理研究小组称，多维空间旅行根本不是电影中说的那样，多维空间旅行看起来就是一个混沌状态。





多维空间图片
该研究小组称，由于多普勒效应，人们不可能看见任何星星。多普勒效应是指，物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。

当飞船以光速行驶的时候，光谱频率会发生剧烈频移，超过可见光谱的范围，这意味着船上的宇航员其实什么也看不到，除了一片混沌之中的一抹似有似无的光亮。





科幻电影描述的多维空间旅行

多维空间理论

　　一、基本概念
　　
　　
　　一维空间：一条直线。在一维空间里的物体只能向两个方向运动，不进则退。形象模型：晾衣绳与夹在绳子上面夹子。
　　
　　
　　二维空间：一个平面。在二维空间里的物体可以在这个面上自由活动。形象模型：地面与在地面上爬行蚂蚁。
　　
　　
　　三维空间：一个立方体。在三维空间里的物体多了可以上下活动。形象模型：失重的房间与里面的人。
　　
　　
　　四维空间：据说加上了时间这一纬度。形容起来很复杂，但在《心慌方2》这部影片中出现过四维的模型。（有兴趣的可以看看有关书籍，反正我们眼睛看不见。）
　


　多维空间
　　
　　五维—十一维空间：目前只是用理论推算出宇宙存在十一维空间，但却是我们用三维知识无法理解的。（据说还有人算出宇宙空间竟然有二十六维！！实在是难以想象~）
　　
　　
　　二、理论推导
　　
　　
　　如果，地面是二维空间，在地面上爬的蚂蚁是二维空间动物，我们站在地面上，身体处于三维空间。那么，我们可以看见蚂蚁全部（这里是假设“蚂蚁”是扁平、没有厚度的），蚂蚁可以看见我们的一部分：扁平的脚印（蚂蚁心目中的“人”）
　　
　　
　　根据常识，我们可以得到两个结论：
　　
　　
　　三维空间的人可以看见二维空间“扁平蚂蚁”的全部，而二维空间的“扁平蚂蚁”只能看见三维空间的人的一部分，即：扁平的脚印；
　　
　　
　　三维空间的人有一部分处于二维空间，即：扁平的脚印。
　　
　　
　　现在发散一下思维，再加上一个维度：
　　
　　
　　（这里只是顺着思路幻想一下，并不是承认某些神秘现象是科学的，但也不否认）
　　
　　
　　四维空间的“人”可以看见三维空间的地球人，而三维空间的地球人只能看见四维空间生物的一小部分。例如某些科幻电影或书籍中透明的“人形”，或者是某些神话传说中的“神明”的形象；
　　
　　
　　四维空间的生物有一部分处于三维空间。例如：前面所说的透明的“人形”、“神明”等等。
　


　多维空间
　　
　　继续推而广之：
　　
　　
　　N维空间生物可以看见N-1维空间生物，而N-1维空间生物只能看见N维空间生物的一部分；
　　
　　
　　N维空间的生物有一部分处于N-1维空间，11≥N≥2。
　　
　　
　　（空间最小为一维，最多有十一维，只能存在于大于“普朗克长度”的范围中。即大于10的-33次方厘米。另外还有“普朗克时间”，为10的-43次方秒。小于这两个数值的长度、时间就再也无法分割了。换句话说，这就是长度、时间在单位上的极限值。）
　　
　　
　　三、最后结论
　　
　　
　　按照这个理论，蚂蚁是位于二维空间，地球人处于三维空间，科幻剧《巴比伦5号》中的Vorlon人处于四维空间、而另一部科幻剧《星际之门系列》中的“古人”则完全进入了五维或以上的空间(小于等于十一维)。我们看不见他们，因为如果“古人”处于四维空间，我们至少也能看见部分透明的“人形”。
　　
　　
　　用通俗的话来讲，“古人”升天成仙了，我们则是活生生的人，Vorlon人则是半仙之体。我们肉眼凡胎看不见成仙的“古人”，但能看见半仙之体的Vorlon人的一部分：透明美丽的生物体！
　　
　　四、人类的进化
　　
　　
　　二维地面上的蚂蚁，如果找到一根直立的棍子，就可以爬进三维空间。
　　
　　
　　三维空间的我们，进入四维空间甚至多维空间的“棍子”是什么呢？换一句话说：我们的“升天成仙”之路在何方？当然现今是无从得知的，还有待人类去寻找。
　　
　　
　　五、总之
　　
　　
　　相邻两维差的是一个参数。如：一维到二维差个长度或是宽度，二维到三维差个高度，三维到四维差个时间，对于二维来说，高度0是可以无限接近但不可达到或超越的，一但超越就进入了三维空间；
　　




多维向量空间示意图
　　
　　而对于我们现有的三维空间来说，光速是可以无限接近但是不可达到或超越的（爱因斯坦的《广义相对论》给出的结论），所以可以认为只要一但超越了光速就能进入四维空间。
　　
　　
　　相对二维空间来说，进入三维空间后，高度就可以随意改变的。那么也就是说一旦人类进入四维空间，时间也是可以随意改变的了。（时间旅行？）四维到五维差的又是什么呢？显然不是我们这些三维人所能理解的，就如同对于一根线来说，立方体实在是太难以理解了。
多维空间、时光倒流，这些美好想象能否成真

　　多维空间，仅在想象中？
　　
　　
　　张玉洁：科幻作品中经常提到的四维空间或更多维的时空，物理学家也在实验上进行探索，虽然没有得到明确的证据，但是也不能排除这种可能性。时间空间的维度是宇宙最基础的性质。
　　
　　
　　比如，球面就是一个二维空间，利用两个坐标就可以描述球面上的位置，类似于地球表面的经纬度。在地球表面上来看，南北极之间的距离大约是2万公里。但是如果有第三个空间维度，比如从球心直接穿过，那么空间就从二维变成三维，描述一个地点就需要三个数据了，这时候地球南北极之间的距离大约是1.3万公里。额外的时间空间维度超出了原有的时空，能提供一个新的角度来考虑问题。
　　
　　
　　由于我们所在的空间是三维的，所以二维可以在纸面上做出来，很直观，三维空间也可以感觉到，但四维空间就很难用几何的方法画出来。
　　
　　
　　周飞亚：那我们来谈谈电影《星际穿越》中的多维空间。人类的救世主，被设定为一种五维空间的生物。五维是什么？相信很多观众都会一头雾水，以科盲自嘲。其实在这个问题上，最优秀的科学家也并不比普通人了解更多。甚至，很多科学家根本不相信多维空间的存在。
     
  
        
　　
　　
　　还是从一维说起吧。
　　
　　
　　假如有一条线段是一个有智慧的生命，我们姑且叫它线虫吧，它就是一维生物，它的整个世界，就是线段所在的那条直线，直线可以朝两端无限延伸，线虫认为自己的宇宙是无限大的。它很难理解什么是平面。
　　
　　
　　假如有一个正方形也是一个智慧生命，我们可以叫它面虫，它就是二维生物，它的整个世界，就是正方形所在的那个平面，平面可以无限延展，面虫也认为自己的宇宙是无限大的。它很难理解什么是立方体。
　　



　　
　　而我们，只是生存在三维的空间里，同样很难想象四维的世界，别提更多的维度了。不过，我们从来没有停止超越自身局限的尝试。
　　
　　
　　科幻作家刘慈欣在《三体3：死神永生》中，对于四维空间有着详细的描述。
　　
　　
　　小说中，一个四维的空间泡飘过地球，与地球的一部分发生了重叠，于是，在这片四维空间的范围内，三维空间的一切都被完全敞开，人们可以随意从一个地方穿越到另一个地方，从密闭的墓室里拿出珍宝，从囚犯完好无损的头颅中取出大脑……就好像二维平面对三维空间的我们来说是一览无余的，从四维空间看来，三维的物体也同样一览无余，没有了内外之分。
　　
　　
　　四维的景观已经很难想象了，那么，五维会是什么样？现有的猜想并不明晰，有的将时间也作为其中一个维度而空间化了。
　　
　　
　　以我们三维生物的局限，也许永远无法理解那样的世界。但这并不妨碍我们拿出最大的勇气、用最夸张的方式去想象。因为，任何想要超越自身局限的努力，都是人类进化的动力。
　　
　　
　　穿越，时光能否倒流？
　　



　　
　　李磊：回到过去的方法之一，就是超越光速。我们能不能实现？很遗憾，在狭义相对论的理论框架内，这是不可能的。
　　
　　
　　那人类能不能自己产生并驱动小部分局部结构，达到超光速旅行的目的？在电影《星际穿越》中，飞船通过名叫“曲率驱动”的技术来实现超光速飞行。我记得物理学家李淼在他的博客中曾谈到过这一设想。这篇文章中还提到一位科学家的研究成果：满足了量子条件，驱动一个原子超光速飞行的负能量的绝对值可以降低到三个太阳质量，可以想象，人类若想通过这种方式实现超光速，需要多么巨大的能量。也就是说，这样的发动机“油耗”太大，一瞬间可能就要烧掉几十颗星星。
     
  
        
　　
　　
　　利用虫洞，也许是最可行的时间旅行的方式了。但回到过去，就会造成无法克服的悖论，因果律会被破坏。因果律要求，事件的原因必须发生在结果之前。在量子物理中，我们小心地处理公式，使它们符合因果律的要求，最终给出了一系列完善的理论描述方法，可以利用它们来计算微观世界和日常经验中的各种现象，并且已经得到了大量实验观测数据的证实。
　　
　　
　　在广义相对论中，允许世界线相互缠绕形成封闭的圆环，从而可能回到过去。但是，几乎所有人都承认，引力理论需要量子化。在将来的量子引力理论中，时间旅行是否有可能，是一个尚未搞清楚的问题。考虑到我们现在还没有发现已经被未来的时间旅行者大规模入侵的迹象，很可能时间旅行永远无法实现。
　　
　　
　　周飞亚：对时间旅行感兴趣的人，一定听过著名的外祖父悖论：假设你回到过去，在自己母亲出生前把自己的外祖父杀死了，结果会怎么样？你会因此变得不存在。而一个不存在的人又怎么可能回到过去杀自己的外祖父呢？
　　
　　
　　这个悖论，常常被用来证明时间旅行是不可能的。
　　
　　
　　如此美妙的可能性，就这样否定了实在可惜。于是，为了解决这个问题，科学家们煞费苦心，提出了各种假说。其中流传最广泛的一种，就是平行宇宙——我们的宇宙不止一个，而是有无数个，每一个人对每一件哪怕最微不足道的小事的所有选项，都存在于不同的平行宇宙中。这样，就可以解决时间旅行的悖论了：为什么杀死了外祖父你还能够继续存在呢？其实，你并没有真正改变原来那个宇宙的历史，只是进入了一个外祖父被杀死的平行宇宙罢了。
　　
　　
　　这一理论，也成为诸多科幻小说和电影的逻辑基础。在《X战警：逆转未来》《明日边缘》等影片中，主角们都英勇地返回过去改变了历史、拯救了世界，但无一例外的，所有同伴都不会记得主角的英雄事迹，主角自己却还记得。而若历史真的改变，那主角的浴血奋战也就成了未曾发生过的事，又如何能保留那段记忆呢？用平行宇宙理论就说得通了——主角其实是在原来的世界中经历了一切，然后通过努力创建并进入了一个悲剧从未发生的平行宇宙。
　　
　　
　　不过，这样一来，原来的世界岂不是仍然没能被拯救？主角的努力岂不是变得没有意义？没错，平行宇宙理论就意味着如此残酷的现实。难怪，科幻影片宁愿顶着逻辑硬伤，也要将改变历史的设定坚持到底。
　　
　　
　　有人不答应了：如此意义上的时间旅行，根本不是真正的时间旅行嘛！对此，科学家们多半会翻白眼：时间旅行本来就不是真正存在的，还想怎样！
     
  
        
　　
　　
　　说到这里，我们已经可以明确得出结论了：时间不可逆，穿越不靠谱，与其幻想靠时间旅行改变过去，不如好好把握现在的每一个决定，使未来不至于后悔。
　　
　　
　　正如美国诗人罗伯特·弗罗斯特那首著名的小诗《林中路》：
　　
　　
　　黄色的树林里分出两条路/可惜我不能同时去涉足……但我知道路径延绵无尽头/恐怕我难以再回返……而我选择了人迹更少的一条/从此决定了我一生的道路。

从爱因斯坦到多维空间中生命的探讨

　　爱因斯坦在1914年科学院举行的一次演讲之后，一个在大厅中的记者趁休息时向他提出一个意义深远的问题：“为什么我们的世界是三维的?”爱因斯坦像平时在这种场合中一样，喜欢用一句玩笑话来回答，他的回答翻译过来是这样，“因为上帝喜欢三位一体”，于是他建议可以去求教此问题的大专家麦克斯·布兰克。
　　
　　
　　布兰克对这个问题的看法也是很著名的，“在自然界中有很多作用力，正如我们所知，它们属于可逆乘方定律，我们在这种情况下尤其要看到我们空间三维性的自然结果，凡懂得物理学的人都会接受三维空间这个事实，我们大可不必为我们的空间不具有四维或更多维的问题而自寻烦恼”。
　　
　　
　　总之，我们的世界自混沌初开之时就是如此。不必在这个问题上浪费脑筋。
　　
　　
　　其实，布兰克并没有说出任何新的东西，除了空间维数和作用力与距离的平方成比例之外，实际上是重复了亚历斯托德尔对此问题的见解：“我们从自然数中取一个数字，同时把这个自然数作为我们的领导，没有任何思想地在思考着，为什么物质世界恰恰是三维的呢?”
　　
　　
　　我们周围世界与生俱来的三维性先是哲学，而后是物理学的基础，甚至在耶稣教徒A.鲍里安(1761年)的物理词典中我们也能遇到下列定义：“物理这是一门由物质所具有的其自然形态，或者说，具有长、宽、高的物体的科学。”可以看出，是上帝从自己的身体上取下他的长、宽、高，也就是说，他希望以此阻止物理学的发展。我们相信，上帝无所不能，然而我们作为物理学家要放弃研究这样的问题，丧失自身的维数和只保存必要长度的身体，较之物理学这更像是形而上学。
　　
　　
　　对于耶稣教徒的言论应值得十分注意，作为物理学家他在该问题上与宗教势力划清界限。
　　
     
  
        
　　
　　但是，著名的德国哲学家伊曼努依尔·坎特(1724年－1804年)在我们世界的维数问题上引导上帝做最后的陈述：“如果有可能存在着其他维数的空间，那么说不定，真的是上帝在某处已把它们排列好的。”
　　
　　
　　然而，从爱因斯坦在科学院所做演讲之日起整整过去了90多年，物理学界剽窃成风，隐瞒“维数”存在的思潮就是其中之一，真正在认真工作的只有瑞曼、卡路茨、拜尔、克莱因和其他著名的物理学家以及数学家，他们是我们这个世界多维物理学的先驱。当这种风气平息下来之时，让我们对多维性，以及多维世界中存在生命的问题做出基本分析。
　　
　　
　　现代飞碟专家们凭空地证明，外星人从行星上或从位于更高维的世界降临到我们的地球上，从科学的观点来讨论这些主张似乎没有什么前途。现代数学却能轻松解答任何维数的世界，而基础物理定律在那里却成为过时的东西，仅仅对被叠加数做出适当的表述，就可以阐释任何维数世界中的东西，也包括生命(当然，是在类人的观点中，因为我们暂时还不知道其他有理性的物体)。
　　
　　
　　让我们取出鲍尔·爱林费斯特著名的《为什么空间是三维的?》一书来看一看，如若我们的世界的维数多于或少于三维的话，它将会是什么样子，这对于论证维数行星系存在的可能性问题非常有用。这些论断不是抽象的，因为如果相信耶稣教徒鲍里安认为上帝可以轻易创立任何维数的世界，那么他也可以在任何地方创造自己的生物。
　　
　　
　　我们从一维世界开始，在一维世界中引力不是由距离决定，这儿的质点可以像钟摆一样，用任何的作用力都无法使它逃之夭夭，作用力仅仅增大了质点摆动的幅度。相同的情形在两维世界中也可以看到。
　　
　　
　　在我们的三维世界中，众所周知，物体的运动相对于作用力的中心可以是双向的，它可以沿着圆形或者椭圆形的轨道运动。
　　
　　
　　在四维和更高维世界中行星系的存在原本是不可能的，它或者落入引力中心(如太阳)，或者脱离引力中心而不知所终。
　　
　　
　　在其他维的世界中物质的性质也同样发生着根本的变化，让我们来看一个最简单的情形——氢原子，在一维和两维世界中电子永远被锁定在原子上，因此用任何作用力都不可能把它变为自由状态。
　　
　　
　　相反，在四维和更高维世界中氢原子根本就不可能存在，因为电子不可避免地要落到原子核上。在这些世界中压根儿就没有我们熟知的物质，所以可以大胆地认为，在它们中存在着类似于我们的生物是根本不可能的。
     
  
        
　　
　　
　　当时，苏联著名的学者认为，“坎特他误解了，当他认为上帝在创造我们的世界前可以选择任何一条定律时，也可以选择任何的空间维数”。话又说回来，坎特的上帝应当先进行相应的数学计算，然而，我们世界三维性的未知理论给了我们这个结果吗?实际上，我们完全不清楚，为什么世界恰巧是它应该存在的那种形式，为什么其中一定应该有稳定的行星系，包括我们自己的太阳系呢?
　　
　　
　　很遗憾。人们拥有类人性，或者说希望用人的尺度测量一切的想法，它迫使我们相信世界存在着某种完全无法想象的事物。于是，正如我们所看到的，事物不仅在稳定的行星系存在，而且也在稳定的其他物质中存在。当然，不能否定在其他维数的世界中存在着我们完全陌生的智慧，然而有一点是清楚的，这些多维世界应比我们的世界更加缺乏秩序。
　　
　　
　　不但如此，从我们的三维观点出发，我们可以规定四维世界中存在智慧生命的几率。虽然在理论上发明出多维世界，比如著名的苏联飞机设计师和数学家罗伯特·巴尔迪尼提出一个带有三维空间和三维时间坐标世界的理论，分析波的方程式表明，纯粹的波不能在偶数维度空间中传播，在波的后面必定会出现被称为“反射”的扰动。
　　
　　
　　分析这个问题时，数学家G.J.维特洛夫于1955年得出一个不能令人满意的结论，高级形式的生命不可能存在于偶数维度的空间中，因为有机体为了一致作用，有效的传播和对信息的加工是必要的。
　　
　　
　　有的时候，诗人们也会提出一些复杂的物理问题，我们甚至还记得根特的《福斯塔》，而且我们随时都能回想起它，因为它说的就是来世的事。
　　
　　
　　谁在那里，在那深邃的天空?
　　
　　
　　他们是否也有爱与仇?
　　
　　
　　在那陌生的世界中。
　　
　　
　　就像这个世界呢?
　　
　　
　　按照当代最具推动力的自然科学家的观点，人具有三维的肉体和以前被称作灵魂的能量体，它既具有渡的本性，同时还应具有确切的稳定性，而不是像电磁波那样以光速向四面飞散。为了绕过这个矛盾，一些该思想的赞同者追随20世纪初的神学家的观点，认为任何一个孤立的三维系统，比如，一个封闭的房间，被用更高一维打开，于是它里面的居民就可以随意出现和消失，正像一些目击者所证实的那样，出现了幽灵以及飞碟乘员。
　　
　　
　　但是，因为能量体属于高级智能，故维特洛夫对其加以禁止：它不能存在于四维世界和任何有思维的偶数维度世界中。
     
  
        
　　
　　
　　虽然物理学家认为目前研究多维问题遇到很大麻烦，但是理论揭示应当在哪里和如何寻找到它，如果它一旦被发现，那么多维性的问题必将是最重要的物理发现，而现在只能让我们同诗人一起长叹：
　　
　　
　　长、宽、高，
　　
　　
　　只是三个坐标。
　　
　　
　　通向它们的路在何处?
　　
　　
　　门闩已被插死……
　　
　　
　　佛、道两家的世界观都提到了另外空间的存在，比如三界之内有很多层“天”，并且修炼有成就的人可以“跳出三界外，不在五行中”。还有许多杂志报道的人体特异功能现象，例如从密闭的容器中取物等等，研究者往往认为这些现象是突破我们现有空间的结果。当然也有许多人不相信，认为另外空间只是凭空想象，因为它们看不见、摸不着，连最先进的科学仪器也探刺不到它们的存在。然而，科学家们的思想往往是超越人类现有知识的。他们认为，看不见、摸不着、现代科学仪器探测不到的，并不能证明不存在，也可能是目为这个仪器还不够先进。在现代物理学研究中，为了能够把万有引力和其他基本作用力统一起来，一些理论物理学家提出，我们这个宇宙可能只是多维空间的一个层面(膜)。基于这个“膜世界”的概念，科学家们试图把万有引力和其他基本作用力统一起来。多膜理论以及超弦理论都认为宇宙不只是长宽高和时间四个维度，还有其他维的存在，而膜理论更明确假设有其他的膜世界的存在。