摘要:如果額外維度的尺度變大,那麼四種基本力(引力、電磁力和兩種核力)的性質和強度就會發生變化,因爲這四種力會作用到宇宙的所有維度中,如果維度數增加或者減少,尺度的改變都會讓力的場線的擴散方式發生變化。如果一個三維空間的生物和一個二維空間生物的兩個維度發生交集,也就是三維空間的生物進入二維空間,就會出現奇怪的景象,由於二維空間生物缺失一個維度,所有它們不管啥時候都只能看到我們的“二維切片”:。

“除了人類所知道的維度之外,還有第五維度。它是一個和其他維度一樣廣闊和無限永恆的維度;它是光明與黑暗、科學與迷信之間的中間地帶。”——Rod Serling

我們生活的宇宙可感受到的空間維度有三個:長度、寬度和高度,這也是我們目前所知所有生物存活所必須的三個維度。作爲一個三維生物,我們可以很容易的想象低維度的任何事物,無論是二維平面,還是一維直線。但是高維空間是我們無法感知,也無法依靠想象能描述出來的!

我們的宇宙有第四維度(時間),但我們只能感受到三個空間維度,如果我們的世界中存在另外一個空間維度,並且某人有能力向另外一個維度移動,超越我們所知的上下、南北、東西方向,會發生什麼?

假設你就是這個擁有超能力的人,你能進入第四維空間。

如果你能進入第四空間維度,那麼對於我們這些三維世界的人來說,你將能做一些看起來非常神奇的事情,而且在我們眼裏你就是上帝,因爲:

你可以從一個地方傳送到另一個地方,也就是在一個地方瞬間消失,在另外一個地方重新出現;

你可以在不用給病人開刀的情況下做手術,幫助其他人移植器官;

你可以很輕鬆的把一個生活在三維空間的人從他所生活的宇宙中移走,然後再未來的某個時間,把他扔到任何你想讓他出現的地方。

這些都是隻有上帝可以搬到的事情,但只要你能進入四維空間都可以做到,那麼這是怎麼發生的?爲什麼在四維空間能擁有如此魔力?爲了理解這個問題,我們需要想象一下,三維空間是怎樣跟二維空間互動的。

一個二維空間的生物就像一張紙上的一組彩色圖畫,例如下圖。

你看,這些二維平面上的動畫人,它們只能在兩個維度上活動,也就是前後、左右,它們無法感知、也不會知道有上下這個額外維度的存在,而我們就是身處在這個額外維度的高級生物,我們在它們的眼裏就是上帝一半的存在。

從我們額外空間的維度來看,我們就可以通過上下這個維度來完成很多它們認爲很詭異的事情,我們可以把它們從二維空間中拉到三維空間,把它們上下顛倒、左右翻轉,然後把它們又重新扔回二維空間的任何地方。

如果一個三維空間的生物和一個二維空間生物的兩個維度發生交集,也就是三維空間的生物進入二維空間,就會出現奇怪的景象,由於二維空間生物缺失一個維度,所有它們不管啥時候都只能看到我們的“二維切片”:

如果我們從下往上穿過二維空間,首先它們會看到出現了兩個腳印;

然後就看到兩個圓圈,(我們的腿)

然後在大橢圓的附近又出現更多的圓圈(手指),

在大橢圓旁邊形成兩個小橢圓(手臂),

然後這些橢圓融合成一個大橢圓(肩膀),

然後在我們的脖子和頭部逐漸縮小、變大,直到消失。

可以肯定的是,在我們的宇宙中沒有所謂的四維生物,至少在我們能感知到的宇宙中沒有,因爲它們和無視物理定律的神沒有什麼區別,要是它們真的存在,我們的世界整天都會出現十分離奇無法解釋的怪事。

但我們認爲第四維度是可能存在的,而且很多理論都預測了它們的存在,但它們的尺度非常小。

第四維度的尺度目前認爲肯定是小於普朗克尺度的1.6x10-33釐米,如果在普朗克尺度之上我們應該能發現可探測的效應。那麼普朗克尺度之下我們未來應該如果驗證額外維度呢?

我們一般會通過大型強子對撞機來驗證額外維度,我們認爲如果額外維度存在,那麼大型強子對撞機在質子相撞後,肯定會產生微型黑洞,雖然它會在極短的時間內衰減,但是我們應該能探測到微型黑洞產生的引力效應。

另外一種方法是,我們知道在四大基本力中,引力比其他力弱的多,其中比電磁力弱了萬億倍。科學家認爲引力的一部分很有可能作用到了額外維度,所以在大型強子對撞機中我們需要在相應的能量下探測到引力子的存在,如果發現所探測到的引力子丟失了一部分能量,這就可以證明引力子跑到了額外維度,從而證明額外維度的存在。

但是,目前對撞機的產生的能量還已足以讓我們探測到以上的現象。如果宇宙本身擁有更高的維度,並且額外維度的尺度變大的話會發生什麼?

如果額外維度的尺度變大,那麼四種基本力(引力、電磁力和兩種核力)的性質和強度就會發生變化,因爲這四種力會作用到宇宙的所有維度中,如果維度數增加或者減少,尺度的改變都會讓力的場線的擴散方式發生變化。

如果電磁力或核力受到了影響,將會產生災難性的後果。

我們知道原子核和由它形成的原子是構成我們這個世界所有物質的基礎,它們的尺度非常小:原子(10^-10米),原子核(10^-15米)。如果我們允許這些力“滲入”到另一個空間維度,一旦這個維度達到足夠大的尺寸,支配原子的作用力就會發生改變。

如果一種力可以在更多的維度發生作用,它肯定會在每一個維度上變弱,並且會隨着距離的增加而變弱,原子核可能會稍微好一點,因爲原子核很小,但核力的減弱會讓一部分原子核變的不穩定,成爲放射性元素。

電磁力面臨的問題更大一些。

電磁力的作用範圍比較遠,所以電磁力會比核力下降的更快,電磁力減弱的話,電子就不容易被束縛在原子核周圍,那麼在分子水平上的化學鍵就會變弱,導致所有化學分子的構型發生改變。

例如,我們身體內的酶就會變性;蛋白質會改變形狀;DNA的結構也會發生改變。換句話說,如果電磁力改變了,人類的身體會立刻停止運轉,直到死亡。

隨着第四維度尺寸的增大,引力更快的滲入到額外維度。因爲上文說了,目前的引力都比其他力弱的多,我們預測引力已經跑到了額外維度。

因此,物體之間的引力會變得非常小。

這樣就會導致一些本來就鬆散的結合在一起的小行星快速分裂,而且當彗星接近太陽時會蒸發的更快,形成更壯觀的彗尾。

如果第四維度足夠大,地球上的引力會急劇下降,導致我們的星球沿着赤道變成一個蛋糕的形狀。

住在兩級附近的人會處在一個微重力環境,但是住在赤道上的人很有可能會被拋到太空中。在宏觀層面上,牛頓引力的平方反比定律會突然變成立方反比定律。

如果第四維度變得和地球到太陽的距離一樣大,那麼我們太陽系中的一切都將不再受到引力的束縛。一切都會分崩離析。

如果第四維度的尺度變得足夠大,我們除了能感知到上下、左右、前後,還會發現第四種方向,這是一個能夠穿越任何空間的方向,但是那個額外空間可能會讓我們的身體的內臟暴露在外邊。

所以第四維度的存在雖然可以擁有像上帝一般的魔力,但對我們三維生物來說肯定不是一件好事。但是,鑑於我們目前在三維空間生活的好好的,沒有發生以上這些神奇的事,所以我們還是認爲第四維度只存在於很小的尺度上,對我們三維世界不會產生任何影響。

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