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深度長(zhǎng)文:四維空間真的存在嗎?人類進(jìn)入四維空間會(huì)怎樣?

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做了這么多期科普,老粉絲肯定知道,我只是一名普通的科普工作者,平日里喜歡搜集科普知識(shí)、傳播科學(xué)理念。

但在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目破罩,我也偶爾?huì)大膽放飛思想,進(jìn)行各種天馬行空的想象和猜測(cè)——畢竟,科學(xué)的進(jìn)步從來都離不開大膽的設(shè)想,許多偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn),最初都源于一場(chǎng)看似不切實(shí)際的幻想。

而以下內(nèi)容,也只不過是我的一個(gè)小小想象,可能缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)依據(jù),甚至存在諸多疏漏,但大家不妨當(dāng)作一場(chǎng)思維游戲,輕松娛樂一下,或許能從中獲得一些不一樣的啟發(fā)!



要理解四維空間的模樣,我們不妨從更簡(jiǎn)單的維度入手,通過一個(gè)循序漸進(jìn)的故事,慢慢推開四維世界的大門。

畢竟,人類的大腦天生習(xí)慣于感知三維空間,要直接想象四維空間的形態(tài),無疑是一件極其困難的事。而通過“維度升級(jí)”的思維實(shí)驗(yàn),我們可以借助已知的低維度空間,去類比、去推測(cè)更高維度的可能——這也是科學(xué)家們?cè)谘芯扛呔S空間時(shí),常用的一種思維方法。

我們先塑造一位角色,就叫他A吧。

A先生的一生,都將陪伴我們完成這場(chǎng)維度探索之旅,他會(huì)從低維度一步步升級(jí),帶領(lǐng)我們感受不同維度空間的奇妙與差異。



A先生生活在一個(gè)純粹的一維世界里。

什么是一維世界?

從科學(xué)定義來看,一維空間只有一個(gè)維度,也就是長(zhǎng)度,沒有寬度和高度,就像一條無限延伸的直線,所有的事物都只能沿著這條直線存在和移動(dòng)。

A先生沒有具體的形態(tài),我們可以把他想象成一個(gè)點(diǎn),一個(gè)能在直線上移動(dòng)的點(diǎn);他有一棟屬于自己的一維房子,我們就稱它為“一維小屋”吧——這棟小屋其實(shí)就是直線上的一段線段,有固定的長(zhǎng)度,A先生只能在這段線段里來回移動(dòng),無法走出線段的范圍,也無法偏離這條直線。

A先生最喜歡做的事,就是在自己的小屋內(nèi)散步。



他沿著線段的一端走到另一端,再從另一端走回來,日復(fù)一日,卻從不覺得枯燥。在他的認(rèn)知里,世界就是這條直線,他的小屋就是整個(gè)世界的核心,他對(duì)自己擁有的這片領(lǐng)地感到非常滿意,甚至常常驕傲地想:“我的小屋設(shè)計(jì)得真是太出色了,足夠我盡情活動(dòng),沒有比這更完美的居所了!

他不知道的是,自己眼中“完美”的世界,在更高維度的存在看來,是多么的單調(diào)和局限。



就像我們?nèi)祟惪匆粭l直線上的點(diǎn),能一眼看穿它的全部,而生活在直線上的A先生,永遠(yuǎn)無法看到線段之外的東西,也無法理解“寬度”和“高度”是什么概念——這就是維度帶來的認(rèn)知局限,低維度的生物,永遠(yuǎn)無法憑自身的本能,理解高維度空間的形態(tài)。

有一天,在整個(gè)一維空間中,傳來了一個(gè)威嚴(yán)而溫和的聲音,那是創(chuàng)世者的聲音:“A!我給你一個(gè)成長(zhǎng)的機(jī)會(huì),讓你擁有更寬廣的天地!我會(huì)給你許多和你現(xiàn)在一樣的一維小屋,由你來安排它們的位置,打造屬于你的新空間!”

A先生興奮得不得了,他從未想過,自己還能擁有更多的小屋,還能打造更寬廣的天地。

于是,基于他對(duì)一維世界的本能理解——世界只有一條直線,所有事物都只能沿著直線排列——他著手改造空間:他將所有的一維小屋都沿著自己原來小屋的直線方向,一個(gè)個(gè)緊密地連接起來,形成了一條更長(zhǎng)的線段。

在他看來,線段越長(zhǎng),空間就越寬廣,自己的天地也就越大,他自以為已經(jīng)擁有了最廣闊的世界。

創(chuàng)世者沉默了片刻,語氣中帶著一絲無奈,也帶著一絲引導(dǎo):“庸俗!愚蠢!換個(gè)角度想想!你所理解的‘寬廣’,只是局限在你現(xiàn)有的認(rèn)知里,跳出你熟悉的直線,或許會(huì)有不一樣的發(fā)現(xiàn)!

A先生愣了一下,隨后豁然開朗!他第一次意識(shí)到,世界或許不止一條直線,自己一直以來的認(rèn)知,可能都是錯(cuò)的。

于是,他打破了一維世界的思維定式,不再將一維小屋沿著直線排列,而是將它們緊密地排布在同一個(gè)平面上——就像我們把無數(shù)條線段并排放在一起,最終形成一個(gè)長(zhǎng)方形的平面。就這樣,無數(shù)個(gè)一維小屋,意外地構(gòu)建出了一個(gè)二維的居所!

伴隨著空間的升級(jí),A先生也發(fā)生了蛻變,他從一個(gè)只能在直線上移動(dòng)的點(diǎn),變成了一個(gè)能在平面上自由移動(dòng)的平面圖形——我們就叫他A2先生吧。



此刻的他,不再是一個(gè)單薄的點(diǎn),而是擁有了長(zhǎng)度和寬度的平面,他可以在自己打造的二維居所里,自由地移動(dòng)、旋轉(zhuǎn),甚至可以繞著某個(gè)點(diǎn)打圈——這是他在一維世界里,從來沒有做過的事!

A2先生興奮得不得了,他瘋狂地在二維平面上移動(dòng),一會(huì)兒跑到東邊,一會(huì)兒跑到西邊,一會(huì)兒繞著小屋打圈,一會(huì)兒又在平面上畫出各種形狀。

他第一次發(fā)現(xiàn),原來世界可以這么豐富多彩,之前的一維居所,是多么的單調(diào)和局限。他甚至覺得,自己之前的驕傲和滿足,都顯得那么可笑——就像我們?nèi)祟,在沒有意識(shí)到高維空間存在時(shí),也常常以為三維世界就是宇宙的全部。

A2先生更愛在自己的居所里散步了,他每天都在平面上穿梭,感受著二維空間的自由與廣闊,有這么一個(gè)屬于自己的空間,他感到非常快樂。



他開始慢慢適應(yīng)二維世界的規(guī)則,學(xué)會(huì)了在平面上移動(dòng)、旋轉(zhuǎn),甚至學(xué)會(huì)了利用平面的特性,搭建更復(fù)雜的二維建筑——他以為,這就是世界的終極形態(tài),自己已經(jīng)擁有了最完美的生活。

可他不知道,就像他曾經(jīng)無法理解二維空間一樣,二維世界之上,還有更廣闊的三維空間,還有他從未想象過的可能性。這種認(rèn)知的局限,不是他的過錯(cuò),而是維度賦予所有生物的“枷鎖”——低維度生物,永遠(yuǎn)無法憑自身的感知,觸及高維度的真相。

又過了很久,在整個(gè)二維空間中,創(chuàng)世者的聲音再次響起:“A2!我再給你一個(gè)成長(zhǎng)的機(jī)會(huì),讓你擁有更寬廣的天地!我給你許多和你現(xiàn)在一樣的二維居所,由你來安排它們的位置,打造屬于你的新空間!”



A2先生興奮得不得了,他立刻想起了上次創(chuàng)世者的提醒,不再局限于自己熟悉的二維思維。但他終究是生活在二維世界里的生物,本能的認(rèn)知還是無法跳出平面的束縛。

于是,他憑借對(duì)二維世界的本能理解——世界只有一個(gè)平面,所有事物都只能在平面上排列——他對(duì)空間進(jìn)行了改造:他將所有的二維居所,都沿著平面的某個(gè)方向,一個(gè)個(gè)緊密地疊加在一起,形成了一個(gè)更厚的平面。在他看來,平面越厚,空間就越寬廣,自己的天地也就越大。

創(chuàng)世者又沉默了片刻,語氣和上次一樣,帶著無奈和引導(dǎo):“你還是那么庸俗!愚蠢!換個(gè)角度想想!跳出你熟悉的平面,不要再局限于長(zhǎng)度和寬度,去思考一個(gè)全新的方向!”

A2先生再次豁然開朗!他終于意識(shí)到,平面之外,還有一個(gè)全新的維度——高度。

他打破了二維世界的思維定式,不再將二維居所沿著平面疊加,而是將它們沿著“高度”這個(gè)全新的方向,緊密地排布在一起——就像我們把無數(shù)個(gè)平面疊加在一起,最終形成一個(gè)立方體。就這樣,無數(shù)個(gè)二維居所,意外地構(gòu)建出了一個(gè)三維的居所!



伴隨著空間的再次升級(jí),A2先生也完成了第二次蛻變,他從一個(gè)只有長(zhǎng)度和寬度的平面,變成了一個(gè)擁有長(zhǎng)度、寬度和高度的立體圖形——我們就叫他A3先生吧。此刻的他,不再是一個(gè)單薄的平面,而是一個(gè)球體,他可以在自己打造的三維居所里,自由地上下、左右、前后移動(dòng),甚至可以在空間中旋轉(zhuǎn)、跳躍——這是他在二維世界里,從來沒有做過的事!

A3先生興奮得不得了,他瘋狂地在三維空間中跳躍、旋轉(zhuǎn),一會(huì)兒飛到高處,一會(huì)兒落到低處,一會(huì)兒鉆進(jìn)小屋的角落,一會(huì)兒又跑到小屋的外面。

他第一次發(fā)現(xiàn),原來世界可以這么立體、這么廣闊,之前的二維居所,就像一張單薄的紙片,單調(diào)得不值一提。他終于明白,為什么創(chuàng)世者會(huì)說他“庸俗、愚蠢”——因?yàn)樗恢本窒拊谧约菏煜さ木S度里,從未想過,世界還有更廣闊的可能。

A3先生更愛在自己的居所里散步了,他每天都在三維空間中穿梭,感受著三維空間的立體與自由。為了讓自己的生活更舒適,也為了讓同樣是三維生物的我們(讀者),能更好地理解他的世界,他精心裝飾了自己的居所:他把自己的居所墻壁換成了半透明的白色,這樣我們就能清楚地看到他在居所里的活動(dòng);他還為自己購置了一張小床,在床上放了一只可愛的小熊,每天晚上,他都會(huì)抱著小熊入睡。



他覺得這樣,更能讓我們理解他的生活,也能緩解他內(nèi)心的孤獨(dú)——畢竟,在這個(gè)三維居所里,只有他一個(gè)生物,沒有同伴,沒有交流,孤獨(dú)感常?M繞在他的心頭。

A3先生在三維空間里生活了很久,他慢慢適應(yīng)了三維世界的規(guī)則,學(xué)會(huì)了利用三維空間的特性,打造更舒適的生活。

他以為,三維空間就是世界的終極形態(tài),自己已經(jīng)擁有了最完美的生活,再也沒有更高的維度,再也沒有更廣闊的天地。他甚至開始驕傲起來,覺得自己已經(jīng)突破了兩次維度的限制,是最強(qiáng)大的生物——就像我們?nèi)祟,在探索宇宙的過程中,也常常會(huì)因?yàn)樽陨淼某删,而陷入認(rèn)知的局限,以為自己已經(jīng)掌握了宇宙的全部真相。

可他不知道,三維空間之上,還有四維空間,還有他從未敢想象的奇妙景象。就像他曾經(jīng)無法理解三維空間的高度一樣,他也無法憑自身的本能,理解四維空間的形態(tài)——這就是維度的差距,每一次維度的升級(jí),都是對(duì)認(rèn)知的徹底顛覆,都是對(duì)世界的全新認(rèn)知。

有一天,在整個(gè)三維空間中,創(chuàng)世者的聲音再次響起:“A3!我再給你一個(gè)成長(zhǎng)的機(jī)會(huì),讓你擁有更寬廣的天地!我給你許多和你現(xiàn)在一樣的三維居所,由你來安排它們的位置,打造屬于你的新空間!”

A3先生興奮得不得了,他立刻想起了前兩次創(chuàng)世者的提醒,他告訴自己,一定要跳出三維世界的思維定式,不要再局限于長(zhǎng)度、寬度和高度。但他終究是生活在三維世界里的生物,本能的認(rèn)知還是無法跳出三維空間的束縛。于是,他憑借對(duì)三維世界的本能理解——世界是立體的,所有事物都只能在三維空間中排列——他對(duì)空間進(jìn)行了改造:他將所有的三維居所,都沿著三維空間的某個(gè)方向,一個(gè)個(gè)緊密地堆疊在一起,形成了一個(gè)更大的立體空間。

在他看來,立體空間越大,自己的天地也就越大,他自以為已經(jīng)打造出了最廣闊的空間。

創(chuàng)世者又沉默了片刻,語氣中帶著一絲失望,卻也帶著一絲期待:“你還是那么庸俗!愚蠢!換個(gè)角度想想!跳出你熟悉的三維空間,不要再局限于長(zhǎng)度、寬度和高度,去思考一個(gè)全新的維度,一個(gè)你從未接觸過的方向!”

A3先生豁然開朗!但與此同時(shí),他也感到一陣慌亂——他第一次意識(shí)到,三維空間之外,還有一個(gè)全新的維度,一個(gè)他完全無法理解、無法想象的維度。他不知道這個(gè)維度是什么,也不知道該如何去利用這個(gè)維度,但他還是鼓起勇氣,嘗試著打破三維世界的思維定式。

他不再將三維居所沿著三維空間的方向堆疊,而是嘗試著將眾多三維居所,沿著那個(gè)全新的、未知的維度,緊密地排布在一起,讓空間不斷重復(fù)堆疊,不斷延伸,最終,他構(gòu)建出了一個(gè)他從未敢想象的空間——四維空間。



伴隨著空間的第三次升級(jí),A3先生也完成了第三次蛻變,他從一個(gè)擁有長(zhǎng)度、寬度和高度的球體,變成了一個(gè)四維生物——我們就叫他A?先生吧。

此刻的他,已經(jīng)無法用我們?nèi)S生物的語言來描述自己的形態(tài),因?yàn)樗麚碛辛宋覀儫o法感知的第四個(gè)維度,他的存在,已經(jīng)超出了我們的認(rèn)知范圍。就像一維生物無法描述二維平面,二維生物無法描述三維立體一樣,我們?nèi)S生物,也無法描述四維生物的形態(tài)——這就是維度的壁壘,無法逾越,無法突破。

A?先生站穩(wěn)身體,震驚地四下張望。這一刻,他看到的世界,徹底顛覆了他之前所有的認(rèn)知,也超出了我們所有的想象——他看到了自己居所的全貌,同時(shí)也置身于居所的內(nèi)部!



是的,你沒有看錯(cuò),是“同時(shí)”!在三維空間中,我們只能要么在居所的外面,看到居所的外觀;要么在居所的內(nèi)部,看到居所的內(nèi)部細(xì)節(jié),我們無法同時(shí)看到居所的全貌和內(nèi)部細(xì)節(jié)。

但在四維空間中,這種“同時(shí)”成為了可能,就像我們?nèi)S生物看二維平面一樣,能一眼看穿平面上的所有事物,能同時(shí)看到平面的每一個(gè)角落,而四維生物看三維空間,也能一眼看穿三維空間的所有事物,能同時(shí)看到三維空間的全貌和內(nèi)部的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

A?先生的大腦一片空白,他從未想過,世界竟然可以是這個(gè)樣子。他下意識(shí)地想尋找自己的小熊——那只他每天晚上都抱著入睡的小熊,是他在三維世界里最珍貴的東西。

但此刻,他發(fā)現(xiàn),三維世界中的距離和大小概念,在四維空間中已經(jīng)不復(fù)存在了。從他所在的角度,他可以看到空間中重疊的無數(shù)只小熊,這些小熊來自不同的三維居所,卻在四維空間中重疊在一起;他還能看到每一只小熊的每一個(gè)切面——從表面的絨毛,到內(nèi)部的棉花,再到小熊身體的每一個(gè)細(xì)節(jié),甚至是棉花纖維的每一個(gè)分子,他都能看得一清二楚。



更神奇的是,他自己也置身于小熊的內(nèi)部,置身于棉花纖維的內(nèi)部,置身于分子的內(nèi)部——他同時(shí)存在于無數(shù)個(gè)地方,存在于空間的每一個(gè)角落。

這種奇妙而詭異的景象,讓A?先生感到一陣暈眩,他連忙走到自己的小床邊,想要躺在床上休息片刻,緩解一下自己的震驚和不適。

可當(dāng)他看向床的時(shí)候,他再次被眼前的景象震撼到了——和小熊一樣,床也呈現(xiàn)出無盡的細(xì)節(jié)、無盡的切面、無盡的重疊。他能看到床的每一個(gè)角落,能看到床墊的每一根彈簧,能看到床單的每一根絲線,甚至能看到絲線的每一個(gè)分子;他能看到床的全貌,同時(shí)又置身于枕頭的內(nèi)部,置身于床墊的內(nèi)部,置身于彈簧的內(nèi)部——他置身于無盡空間的疊加態(tài)中,沒有“內(nèi)部”和“外部”的區(qū)別,沒有“遠(yuǎn)”和“近”的區(qū)別,沒有“大”和“小”的區(qū)別。

A?先生慢慢冷靜下來,他開始嘗試適應(yīng)這種奇妙的狀態(tài)。

他發(fā)現(xiàn),只要自己愿意,他能同時(shí)看到無盡的細(xì)節(jié),也能看到一切的全貌;他能同時(shí)存在于無數(shù)個(gè)地方,也能同時(shí)觀察到空間中的每一個(gè)事物。



他忍不住感嘆道:“方寸之間,深不見底!”這句話,是他對(duì)四維空間最直觀的感受——在四維空間中,哪怕是一個(gè)小小的角落,里面也包含著無盡的細(xì)節(jié),包含著無數(shù)個(gè)重疊的三維空間,就像一個(gè)無底深淵,永遠(yuǎn)也看不完,探不盡。

A?的呼吸變得急促起來,他發(fā)現(xiàn),不僅僅是小熊和床,整個(gè)四維空間中的一切,都呈現(xiàn)出這種無盡疊加的狀態(tài)?諝獗化B加了,每一個(gè)空氣分子,每一個(gè)原子,都同時(shí)無盡大又無盡。凰约阂脖化B加了,他能看到自己身體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)——從皮膚到肌肉,從骨骼到內(nèi)臟,從細(xì)胞到分子,再到原子,他都能看得一清二楚,甚至能置身于自己身體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,置身于細(xì)胞的內(nèi)部,置身于分子的內(nèi)部。

但他也發(fā)現(xiàn),在四維空間中,沒有“內(nèi)部”和“外部”的區(qū)別,所有的事物都相互疊加,相互滲透,形成一個(gè)有機(jī)的整體。

A?先生震驚不已,同時(shí)又感到無比激動(dòng)。他從未想過,世界竟然可以如此奇妙,如此不可思議。他在四維空間中大聲喊道:“創(chuàng)世者!讓我看看五維空間吧!我想要知道五維世界是怎樣的!我想要探索更高維度的奧秘!”

創(chuàng)世者沉默了片刻,語氣中帶著一絲疲憊,也帶著一絲調(diào)侃:“算了,我的電腦已經(jīng)很卡了,回到三維吧。”

話音剛落,A?先生就感覺到一陣天旋地轉(zhuǎn),眼前的奇妙景象瞬間消失,取而代之的,是他熟悉的三維居所——半透明的白色墻壁,小小的床,還有床上的小熊。



他又變回了那個(gè)球體,變回了A3先生。他愣在原地,久久沒有反應(yīng)過來,剛才在四維空間中的經(jīng)歷,就像一場(chǎng)奇異的夢(mèng),真實(shí)而又虛幻。他低頭看了看自己的身體,又看了看身邊的小熊和床,突然覺得,眼前的三維世界,竟然變得像紙片一樣單薄,像平面一樣單調(diào)——就像他曾經(jīng)從一維升級(jí)到二維、從二維升級(jí)到三維時(shí),看待原來世界的感受一樣。

這場(chǎng)維度升級(jí)的故事,雖然是一場(chǎng)幻想,但其中也蘊(yùn)含著一些科學(xué)的思考。很多人對(duì)虛擬世界的概念感興趣,對(duì)高維空間的奧秘充滿好奇,那么我們就把這個(gè)思維游戲做得更瘋狂一些,結(jié)合一些科學(xué)知識(shí),繼續(xù)探索維度的奧秘,探索宇宙的真相。

在數(shù)學(xué)和物理學(xué)中,維度的容量(也就是我們常說的“體積”,高維空間中稱為“超體積”)是一個(gè)非常重要的概念。

我們可以通過低維度空間的容量計(jì)算,來類比推測(cè)高維度空間的容量規(guī)律——這也是科學(xué)家們研究高維空間的常用方法。

我們先從一維空間開始計(jì)算。



在數(shù)學(xué)上,我們用10米來表示一條線段的長(zhǎng)度,現(xiàn)在我們把這條線段的長(zhǎng)度,定義為它的“容量”(一維空間中,容量就是長(zhǎng)度)。

那么,這條一維線段的容量,就是101=10米。

接下來是二維空間。一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的二維平面(比如一個(gè)正方形),它的容量就是面積,計(jì)算公式是邊長(zhǎng)×邊長(zhǎng),也就是10×10=102=100平方米(原文中“1010”應(yīng)為筆誤,此處修正為科學(xué)計(jì)算結(jié)果)。在二維空間中,容量是“長(zhǎng)度×寬度”,它比一維空間的容量,多了一個(gè)維度的延伸,因此容量會(huì)呈現(xiàn)出平方級(jí)的增長(zhǎng)。

然后是三維空間。一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的三維立方體,它的容量就是體積,計(jì)算公式是邊長(zhǎng)×邊長(zhǎng)×邊長(zhǎng),也就是10×10×10=103=1000立方米。在三維空間中,容量是“長(zhǎng)度×寬度×高度”,比二維空間又多了一個(gè)維度的延伸,因此容量會(huì)呈現(xiàn)出立方級(jí)的增長(zhǎng)。

如果這個(gè)宇宙的數(shù)學(xué)是和諧而完美的,那么我們不妨大膽猜測(cè):一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的四維封閉立方體空間(注:從嚴(yán)格的科學(xué)角度來說,四維立方體的表述并不嚴(yán)謹(jǐn),因?yàn)槲覀儫o法用三維空間的“立方體”概念來描述四維空間的幾何體,這里只是為了方便理解,進(jìn)行的一種簡(jiǎn)化表述,屬于思維游戲的范疇),它的容量應(yīng)該是10?=10000立方米(超體積)。



看到這里,很多人可能會(huì)有一個(gè)疑問:103的三維立方體,乘以10米,得到10?的四維超體積,這個(gè)乘以的10米,到底在哪里?它既不是長(zhǎng)度,也不是寬度,更不是高度,而是第四個(gè)維度的延伸——一個(gè)我們無法感知、無法想象的維度。

我們可以嘗試用類比的方法,來想象這個(gè)第四個(gè)維度。

在二維空間中,我們把無數(shù)條一維線段(長(zhǎng)度10米),沿著寬度方向(第二個(gè)維度)疊加10米,就得到了一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的二維正方形(面積100平方米);在三維空間中,我們把無數(shù)個(gè)二維正方形(面積100平方米),沿著高度方向(第三個(gè)維度)疊加10米,就得到了一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的三維立方體(體積1000立方米);

那么在四維空間中,我們就可以把無數(shù)個(gè)三維立方體(體積1000立方米),沿著第四個(gè)維度的方向,疊加10米,就得到了一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的四維超立方體(超體積10000立方米)。

我們可以嘗試想象一下這種空間狀態(tài):把一個(gè)三維立方體的六個(gè)面,分別拉向?qū)γ娴姆较,也就是在每個(gè)方向的每個(gè)斷面上,都疊加了一層三維空間,而拉向?qū)γ娴倪@個(gè)距離,正好是10米。這種疊加,不是三維空間中的簡(jiǎn)單堆疊,而是沿著第四個(gè)維度的疊加,因此每個(gè)三維空間都會(huì)相互滲透、相互重疊,形成一個(gè)致密而復(fù)雜的四維空間。



我們可以試著感受一下這個(gè)空間的致密狀態(tài):在四維空間中,每一個(gè)點(diǎn),都包含著無數(shù)個(gè)三維空間的點(diǎn);每一個(gè)角落,都包含著無數(shù)個(gè)三維空間的角落;每一個(gè)物體,都包含著無數(shù)個(gè)三維物體的疊加。這種復(fù)雜的信息量,這種繁復(fù)的視野,是我們?nèi)S生物無法想象的——就像一維生物無法想象二維平面的廣闊,二維生物無法想象三維立體的厚重一樣,我們也無法想象四維空間的致密與復(fù)雜。

當(dāng)我們真正理解了這種疊加狀態(tài),再回頭看我們生活的三維世界,或許就會(huì)像A3先生那樣,覺得眼前的三維世界,真的“像紙片一樣薄”——因?yàn)樗谒木S空間中,只是無數(shù)個(gè)疊加的三維空間中的一個(gè),只是四維空間中一個(gè)微不足道的角落。

在探索高維空間的過程中,我們難免會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問:為什么我們的世界是三維的?為什么我們無法感知更高維度的空間?為什么宇宙會(huì)是現(xiàn)在這個(gè)樣子?帶著這些疑問,我們不妨大膽放飛思想,做一個(gè)更瘋狂的思維游戲——我們的世界,會(huì)不會(huì)是一場(chǎng)虛擬的計(jì)算機(jī)模擬?

這個(gè)想法,看似荒誕不經(jīng),但結(jié)合一些科學(xué)現(xiàn)象,卻發(fā)現(xiàn)它有一定的合理性。

比如雙縫干涉實(shí)驗(yàn),比如量子理論中的一些詭異現(xiàn)象,比如波粒二象性——這些現(xiàn)象,用傳統(tǒng)的經(jīng)典物理學(xué),很難做出合理的解釋,但如果我們假設(shè)我們的世界是一場(chǎng)虛擬模擬,那么這些現(xiàn)象就變得容易理解了。



我們先簡(jiǎn)單介紹一下雙縫干涉實(shí)驗(yàn):在實(shí)驗(yàn)中,我們將一束光,通過兩條平行的狹縫,投射到屏幕上。按照經(jīng)典物理學(xué)的理論,光作為一種波,通過雙縫后,會(huì)在屏幕上形成明暗相間的干涉條紋;而如果我們將光看作是一顆顆光子(粒子),讓光子一個(gè)個(gè)通過雙縫,那么屏幕上應(yīng)該會(huì)形成兩個(gè)亮斑。

但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,卻超出了我們的預(yù)期:當(dāng)我們不觀測(cè)光子的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí),屏幕上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋(光呈現(xiàn)波的特性);當(dāng)我們觀測(cè)光子的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí),屏幕上會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)亮斑(光呈現(xiàn)粒子的特性)。

這種“觀測(cè)與否,會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的現(xiàn)象,就是量子理論中的“觀測(cè)者效應(yīng)”,也是波粒二象性的核心。

這種現(xiàn)象,在經(jīng)典物理學(xué)中是完全無法理解的——為什么光子會(huì)“知道”我們是否在觀測(cè)它?為什么它會(huì)根據(jù)我們的觀測(cè),改變自己的行為?

但如果我們假設(shè)我們的世界是一場(chǎng)虛擬模擬,那么這個(gè)問題就有了一個(gè)簡(jiǎn)單的答案:為了節(jié)省計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和計(jì)算資源,系統(tǒng)會(huì)對(duì)未被觀測(cè)的事物,進(jìn)行“優(yōu)化處理”。



當(dāng)我們不觀測(cè)光子時(shí),光子不需要呈現(xiàn)出具體的形態(tài),系統(tǒng)會(huì)將其以“波”的形式(概率分布)進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算,這樣可以節(jié)省大量的資源;當(dāng)我們觀測(cè)光子時(shí),系統(tǒng)需要呈現(xiàn)出具體的形態(tài),于是將光子“渲染”成粒子的形式,呈現(xiàn)出具體的軌跡——這就像我們玩電腦游戲時(shí),遠(yuǎn)處的景物會(huì)被簡(jiǎn)化渲染,只有當(dāng)我們靠近時(shí),系統(tǒng)才會(huì)渲染出詳細(xì)的細(xì)節(jié),目的就是為了節(jié)省電腦的性能。

除了雙縫干涉實(shí)驗(yàn),還有很多科學(xué)現(xiàn)象,都可以用“虛擬模擬”的猜想來解釋:

為什么我們的世界是三維的?答案或許是存儲(chǔ)的極限。

就像我們的電腦,無法渲染出無限維度的空間一樣,模擬我們世界的“計(jì)算機(jī)”,也有自己的存儲(chǔ)極限,三維空間,或許是它能穩(wěn)定渲染的最大維度,更高維度的空間,會(huì)超出它的存儲(chǔ)和計(jì)算能力,導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

為什么光速無法超越?答案或許是計(jì)算速度、讀取速度的極限。

光速,就像是我們電腦的“讀取速度上限”,系統(tǒng)無法處理超過光速的運(yùn)動(dòng),因?yàn)檫@會(huì)超出它的計(jì)算能力,導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)亂、系統(tǒng)卡頓——就像創(chuàng)世者說的“我的電腦已經(jīng)很卡了”,或許就是對(duì)這種計(jì)算極限的調(diào)侃。

為什么宇宙中的熵會(huì)增加?

做過繪圖、建模、編程的人,應(yīng)該都會(huì)有同感:文件越深化,越編輯,有序度必然會(huì)降低,混亂程度一定會(huì)增長(zhǎng),很難降低。

哪怕我們把工程文件整理得井井有條,后臺(tái)的數(shù)據(jù)也會(huì)產(chǎn)生更多的代碼,出現(xiàn)更多的冗余,導(dǎo)致文件的混亂度增加。某種角度上看,這和宇宙中的熵增,或許真的有幾分相似——隨著宇宙的演化,系統(tǒng)中的“數(shù)據(jù)冗余”越來越多,混亂程度越來越高,熵也就不斷增加。

還有廣義相對(duì)論中的空間彎曲,其實(shí)也是一種更符合物理建模規(guī)則的畫面。

我們一直以為,引力是一種力,是天體之間相互吸引的力,但廣義相對(duì)論告訴我們,引力其實(shí)是空間的彎曲——大質(zhì)量天體(比如太陽)會(huì)使周圍的空間發(fā)生彎曲,其他天體(比如地球)會(huì)沿著彎曲的空間運(yùn)動(dòng),看起來就像是被太陽吸引一樣。這種解釋,或許并不是因?yàn)橐φ娴氖强臻g彎曲,而是因?yàn)檫@種建模方式,更容易被“模擬計(jì)算機(jī)”計(jì)算,從而節(jié)省CPU利用率(當(dāng)然,這只是我的猜測(cè),沒有任何科學(xué)依據(jù))。

想到這里,我們不禁會(huì)問:如果我們的世界真的是一場(chǎng)虛擬模擬,那么這個(gè)模型是誰建立的?模擬我們世界的“創(chuàng)世者”,到底是誰?



我們不妨繼續(xù)這個(gè)思維游戲,大膽猜測(cè)一下:人類,會(huì)不會(huì)是第一代宇宙文明?在宇宙億萬年的長(zhǎng)河中,意識(shí)的數(shù)碼化、虛擬化,真的還僅限于科幻的篇章嗎?

或許,這早已是既往之事,早已是遠(yuǎn)古文明的成就。

設(shè)想在那久遠(yuǎn)的太古,在某個(gè)我們不曾知曉的宇宙角落,人類的祖先,曾經(jīng)創(chuàng)造過高度發(fā)達(dá)的文明——我們稱之為“模擬一代”。他們或許因?yàn)樾请H間的沖突,或許因?yàn)樘鞛?zāi)人禍,或許因?yàn)槲覀兏緹o法理解的挑戰(zhàn),經(jīng)歷了無數(shù)次的生生死死,在滅絕中重生,在困境中前行。

終于,“模擬一代”的人類文明,達(dá)到了一個(gè)我們無法想象的高度,他們掌握了意識(shí)數(shù)碼化、宇宙虛擬化的技術(shù)。但此時(shí),他們可能正面臨著一場(chǎng)滅頂之災(zāi)——或許是宇宙的毀滅,或許是文明的衰退,或許是無法解決的生存危機(jī)。為了維系人類的心智,為了讓人類的文明得以延續(xù),他們提出了“數(shù)碼方舟計(jì)劃”,立志打造一場(chǎng)終極模擬——用計(jì)算機(jī),模擬一個(gè)完整的宇宙,將人類的意識(shí),嵌入到模擬宇宙中的生物體內(nèi),讓人類在模擬宇宙中,繼續(xù)繁衍生息,延續(xù)文明。

他們以原子為磚石,以物理規(guī)律為代碼,構(gòu)建了整個(gè)宇宙的仿真模型。

這個(gè)模擬宇宙,和諧而壯美,富饒而寧靜,沒有殘酷的戰(zhàn)爭(zhēng),沒有致命的天災(zāi),沒有無法解決的生存危機(jī)——這就是他們?yōu)槲覀兇蛟斓摹皹穲@”。

他們選擇了太陽系作為生命的搖籃,小心謹(jǐn)慎地將生命的程序,嵌入到地球這顆行星上,賦予我們繁衍生息的能力,寄予我們平安幸福的祝福。而“模擬一代”的人類文明,因?yàn)閷?duì)戰(zhàn)爭(zhēng)和宇宙的未知危險(xiǎn),懷有深深的恐懼,他們沒有設(shè)計(jì)其他宇宙文明的出場(chǎng),而是將整個(gè)虛擬世界,獨(dú)獨(dú)留給了我們——“數(shù)據(jù)一代”,也就是我們現(xiàn)在的人類。

或許,這就是對(duì)費(fèi)米悖論的答案。

費(fèi)米悖論提出:宇宙那么大,恒星那么多,行星那么多,為什么我們從來沒有發(fā)現(xiàn)過其他外星文明的痕跡?



答案或許就是:這個(gè)宇宙,是為我們量身打造的虛擬世界,其他的外星文明,根本就不存在——因?yàn)椤澳M一代”的人類,沒有在這個(gè)模擬宇宙中,設(shè)計(jì)其他文明的程序。

這個(gè)宇宙,的確成為了我們的樂園。

我們?cè)谶@個(gè)世界里,出生、成長(zhǎng)、衰老、死亡;我們感受著陽光的溫暖,感受著火的炙熱、冰的寒冷;我們品嘗著美食的美味,感受著親情、愛情、友情的溫暖;我們努力學(xué)習(xí),努力工作,努力生活,追求著自己的夢(mèng)想和幸福。

我們常常會(huì)覺得,周遭充滿了困擾——生活的壓力、工作的煩惱、疾病的痛苦、離別的傷感,這些困擾讓我們疲憊不堪,甚至偶爾會(huì)懷疑這個(gè)世界的意義。

但我們或許從未想過,“模擬一代”的人類文明,可能正處于我們無法想象的苦海之中。他們或許正面臨著宇宙崩塌的危機(jī),或許正承受著文明滅絕的恐懼,或許正掙扎在無法解決的生存困境里。對(duì)他們而言,我們眼中習(xí)以為常的一切,都是遙不可及的奢侈品。



或許,我們永遠(yuǎn)無法證實(shí)這個(gè)“虛擬模擬”的猜想,也永遠(yuǎn)無法找到“模擬一代”文明的痕跡,更無法與創(chuàng)世者對(duì)話,詢問宇宙的真相。但這并不重要,因?yàn)樘摶门c真實(shí),從來都只是相對(duì)而言。

我們真實(shí)地感受著火的炙熱,感受著冰的寒冷;真實(shí)地品嘗到烤肉的美味,感受到辣椒的刺激;真實(shí)地體會(huì)到家人的關(guān)愛,感受到我們對(duì)家人的深情;真實(shí)地為夢(mèng)想努力,為生活拼搏,為每一次小小的成功歡呼,為每一次小小的失敗難過。這些感受,這些經(jīng)歷,這些情感,都是真實(shí)存在的,都是屬于我們自己的,無論這個(gè)世界是真實(shí)的,還是虛擬的,這些都無法被否定,無法被抹去。

就像A3先生,在經(jīng)歷過四維空間的奇妙之后,雖然覺得三維世界變得單薄,但他依然珍惜自己的小床和小熊,依然熱愛自己的生活。

因?yàn)閷?duì)他而言,三維空間的一切,都是真實(shí)的,都是有意義的。我們也是一樣,無論我們的世界是一場(chǎng)虛擬模擬,還是真實(shí)存在的宇宙,我們所經(jīng)歷的一切,所感受到的一切,都是真實(shí)的,都是值得我們珍惜的。



有人說,相信世界是虛擬的,是一種消極的心態(tài),會(huì)讓人失去對(duì)生活的熱情。但我不這么認(rèn)為。恰恰相反,這種猜想,讓我們更懂得珍惜當(dāng)下,更懂得熱愛生活。

因?yàn)槲覀冎,無論是“模擬一代”為我們打造的樂園,還是真實(shí)存在的宇宙,我們的生命都是有限的,我們的時(shí)間都是寶貴的。我們不應(yīng)該糾結(jié)于世界的本質(zhì)是真實(shí)還是虛擬,而應(yīng)該專注于當(dāng)下,珍惜每一分每一秒,努力活成自己喜歡的樣子,努力去愛身邊的人,努力去追求自己的夢(mèng)想。

井底之蛙也有它的春夏秋冬,有屬于它的溪流與青苔,它的世界一樣精彩;我們或許只是三維空間里的“井底之蛙”,無法理解四維空間的奇妙,無法知曉宇宙的真相,但我們的世界,依然有屬于我們的精彩與美好。

這種精彩,不在于我們能探索多少維度的奧秘,不在于我們能知曉多少宇宙的真相,而在于我們能真實(shí)地感受生活,真誠地對(duì)待自己,熱烈地?fù)肀?/p>

最后,我想說,無論我們的世界是真實(shí)的,還是虛擬的;無論我們是“數(shù)據(jù)一代”,還是真實(shí)的人類;無論我們能感知到三維空間,還是能踏入更高維度的世界,我們都應(yīng)該熱愛思考,熱愛生活。

因?yàn),這才是我們存在的意義。

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