在四維空間可以看到人的一生?(圖)


已經有相當數量的科學家宣稱自己已經證明了四維空間的存在
已經有相當數量的科學家宣稱自己已經證明了四維空間的存在。(示意圖/圖片來源:AdobeStock)

已經有相當數量的科學家宣稱自己已經證明了四維空間的存在,至於是真是假,是博取名頭的噱頭還是有理有據的推理,那就要看我們的判斷了。

人進入四維空間會經歷怎樣的情景

四維空間的概述為「一個時間的概念」,看上去可望不可及,與我們的接觸似乎只存在於科幻小說中,但如果四維空間已經被證實了,距離我們並不遙遠呢?

這位德國科學家名為伯恩哈德.黎曼,就四維空間的討論,他曾於1850年左右發表過一篇在當時極具有前瞻性的文章《論幾何基礎假說》。

我們人類生活在三維的空間裡,所謂的三維空間就是我們日常生活中可指由長、寬、高三個維度所構成的空間,是我們看得見感受得到的空間,但隨著社會的發展,在十九世紀,他證實四維空間是真實存在的。

他曾在數學分析和微分幾何上做出了不少貢獻,甚至給愛因斯坦的「廣義相對論」提供了數學基礎。他研究的微分幾何,並在此基礎上建立了黎曼空間概念,包含把歐式幾何、菲歐幾何納入自己的體系中,從而證明了四維空間是真實存在的。與三維空間不同,四維空間指的是標準歐幾里得空間,可以拓展到N維。這在數學公式推理推導中很容易實現,但現實很難對應和想像。

而四維空間在三維空間的基礎上加上了一個時間維度,聯繫值是速度,與x,y,z的性質相同。然而,四維空間並不是標準的歐幾里得空間,因為時間的本質,是用來描述物體運動的快慢。不過,人類目前無法適應四維空間。人的眼睛能看到二維,二維生物看對方只有一條線,人的眼睛看到的是兩個二維的投影,經大腦處理形成的一個整體視覺。人類作為三維物體,可以理解四維空間,但無法認識以及存在於其中。

不過有人設想,如果人們有一天真的能闖入四維世界,那麼第一件事要做的就是適應那裡的規則,畢竟四維跟三維千差萬別,其想像空間無限大,甚至有科學家認為在四維空間的人將不再受限於過去、現在跟未來,因為那裡的全部事物都已經同步了。故此,人在那裡掌握了訣竅後,能翻閱任何事物的過去、現在跟未來,就像翻書一樣。

甚至在進入後可以直接看到人的一生,能像看回放一樣看一個人的過去跟心中所想。還有人或許能在四維空間獲得一些所謂的「法術」,像穿越物體,瞬間移動到千里之外。當然這一切也只是科學家們的猜想。目前的四維空間的概念也能用研究幾何的方法來探究,有的學者用代數方式解答了幾何概念,因此可以用研究幾何的方法去證實四維空間以及N維空間。

在當時,人們對於近代物理的認知都非常模糊,何況是四維空間這一在今天都沒有解決的問題?這篇文章極大的開拓了當時科學家的思考範圍,當然,這對於當時的科學家而言可能並不是一件好事,因為對於我們所處的三維世界的研究,在當時都在艱難的進行中,而跳脫出三維的視野,去研究更高維度的空間,無疑是挑戰性十足。

但我們永遠都無法低估人類的創造力,隨著科技的發展,四維模型的框架逐漸完善,現如今,已經有了一套關於四維空間的相對完善理論。其中最重要的,就是「多維度空間」理論,在該理論當中,我們的宇宙被劃成十一個維度的空間,而人類,處於在低維度當中。正如動畫中的人無法感知到人類的存在,人類也無法觀察更高維度。這種設定是不是很眼熟呢?

其中一名主角瑞克被設定為能夠感知人類維度的存在,知曉自己是動畫人物的角色,他因此極度悲傷。如果我們也是更高維度生物眼中的「動畫」,那又是一幅怎樣的情景呢。愛因斯坦的理論表明,沒錯,我們的世界就是由更高維度的建立的。

更高維度生命的存在形式

正如我們可以瞬間撕裂紙張上的小人,如果高維度生物存在,他們殺死我們也應當十分簡單,對於我們來說,他們(或者應當稱之為祂們)是猶如克蘇魯神話當中時空支配者一般,是全知全能的。我們無法想像他們的樣貌、生活方式,但他們最有可能的存在方式是沒有實體的,因為凡是有實體就會受到時間、空間的限制,而四維空間中理論上是不存在這些的。

有人推測四維空間以量子態存在,因此能夠跳脫時空的限制。這個觀點正確與否自然是我們無法印證的,如果按著這條思路走下去,那麼人類進入四維空間,必將會拋卻了自己的肉體甚至是思想,成為量子態存在於宇宙之中,這樣確實是實現了永生。

在電影《星際穿越》中,男主意外闖入了五維空間中,他在一個空間中看著日夜思念自己的女兒漸漸長大。當然,我們也可以做出一些樂觀的猜想。

比如現如今很多網路小說中使用的設定——人類的思維進入虛擬空間,在那個空間之中,可以藉助計算機實現「全知全能」,並且也做到了超脫時空,如果那一天真的到來,我們對於四維空間的認知肯定能夠更近一步。現在很多影視中的人物在突破「次元壁」,與現實中的人互動,我們也渴望著能夠突破極限,與我們未曾接觸過的存在會面。

說了這麼多,其實都是我們想像之中的四維空間,而我們現如今真正研究的方向,可能與我們所想像的有所不同。

研究中的四維空間

涉及到四維空間最多的學科是數學,就像我們學習一維的點、二維的線和面是在數學書中一樣。雖然大部分的數學教科書不會包涵有關四維的內容,但在數學上研究四維空間卻是由來已久,並且有著諸多理論。

最早的時候,達朗貝爾在《百科全書》關於維數的條目中提議把時間想像為第四維。現在的理論中,四維與時間有關聯性,但並不等同於時間或空間。

麥比烏斯在後來的《重心的計算》中畢竟簡明的提示出了四維空間的特點,即在四維空間中,三維的物體是可以重疊的。但是他後來又自行推翻了此說法,他覺得疊合的三維物體實在太難以想像。

直到後來,數學這一學科擺脫了現實世界的束縛,走向了理論研究的階段,四維空間的研究才取得了進展。1844年格拉斯曼在四元數的啟發下,作了更大的推廣,發表《線性擴張》,1862年又將其修訂為《擴張論》。他第一次涉及一般的N維幾何的概念,他在1848年的一篇文章中說:「我的擴張的演算建立了空間理論的抽象基礎,即它脫離了一切空間的直觀,成為一個純粹的數學的科學,只是在對(物理)空間作特殊應用時才構成幾何學。」但在當時,為此爭吵的科學家並不在少數。直到5年之後,這個理論才逐漸被數學界所接受。

四維空間的理論的存在無疑使人類對於宇宙有了更多元的理解,在文化、科技爭相迸發出璀璨光芒的現在,四維空間給人類帶來的不僅僅是多於想像的滿足,更是對廣袤未來的嚮往。

人類作為智慧生物,對於未知世界的渴求和探索一刻也未曾停止,雖然在茫茫宇宙之中,人類可能連一粒沙粒都算不上,但只要對於未來、對於未知的無限渴求的心存在,人類總有一天尋得宇宙的奧秘,一覽這個美麗神秘世界的全貌。

責任編輯:岳爾

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