人从三维空间进入四维空间 , 会发生什么?很炫的“科学提问”啊 , 你们看懂了吗?
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三体之《死神永生》中有一段关于万有引力号追击蓝色空间号 , 反被蓝色空间号上的人进入第四维彻底占领的故事 。 这一段写得惊心动魄 , 同时也展示了从高维空间中看三维的非同寻常的美丽和复杂:
“我们进去吧 。 ”褚岩说 , 然后像跳水似的钻进了那个空间 。 莫沃维奇和关一帆惊恐地看着他的身体从头到脚消失在空气中 , 在空间无形的球面上 , 他身体的断面飞快地变换着形状 , 那晶亮的镜面甚至在周围的舱壁上反射出水纹一样跳动的光影 。 褚岩很快完全消失了 , 正当莫沃维寄和关一帆面面相觑之际 , 突然从那个空间伸出两只手 , 那两只手和前臂就悬在空中 , 分别伸向两人 , 莫沃维奇和关一帆各抓住一只手 , 立刻都被拉进了四维空间 。
【进入空间 人从三维空间进入四维空间】……
人们总是喜欢用这样一个类比:想象生活在三维空间中的一张二维平面画中的扁片人 , 不管这幅画多么丰富多彩 , 其中的二维人只能看到周围世界的侧面 , 在他们眼中 , 周围的人和事物都是一些长短不一的线段而已 。 只有当一个二维扁片人从画中飘出来 , 进人三维空间 , 再回头看那幅画 , 才能看到画的全貌 。
假如真的存在高维 , 例如第四维 , 我们这些“可怜”的三维生物到底能不能进入?
答案 , 根据物理学 , 如果不是不可能 , 也是异常困难的 。
为什么困难甚至不可能?我们首先回顾一下三体中提到在四维空间传播无线电信号的问题 。 在四维空间中 , 无线电信号随距离比三维空间中要衰减得厉害得多 。
根据能量守恒 , 信号强度乘以距离的三次方是不变的 , 这里 , 距离的三次方就是四维中三维球面的“面积” 。 所以 , 在四维空间中 , 信号强度与距离三次方成反比 。 而在三维空间中 , 信号强度是与距离平方成反比的 。 这是因为 , 三维中的二维球面的面积与距离平方成正比 , 那么信号强度乘以面积是一个不变量 , 这是能量守恒定律 。 实验表明 , 在我们的世界中 , 信号强度确实与距离平方成反比 。
也许你会说 , 在四维空间中能量也许是不守恒的 。 好吧 , 我们退一步接受你的说法 , 在四维空间能量不守恒 。 能量不守恒的结果是很可怕的 , 这是因为 , 在物理学中 , 能量是与时间有关的 。 如果能量不守恒 , 物理学定律会随时间变化 。 也就是说 , 一个在四维中的人 , 下一个时刻的体积和体重会剧烈变化 , 等等 。 我们还是不要接受这种可怕的假定 。
好 , 接受了能量守恒定律 , 你就得接受信号强度在四维空间中与距离立方成反比这个结论 。 比如 , 我们从远处看一盏灯 , 灯会随着距离迅速暗下去 , 比在三维空间中暗下去的速率要大 。
我们都学过库伦定律 。 这个定律说 , 两个电荷之间的作用力也随距离平方成反比 , 这和信号强度类似 。 其实 , 这两个定律的起源是一样的 , 因为两个电荷之间的作用力是通过电磁场传递的 。 我们还知道 , 牛顿的万有引力定律告诉我们 , 两个质量之间的万有引力也与距离平方成反比 。 其实 , 物理学家早就知道了 , 在三维空间中 , 所有长程力都与距离平方成反比 。
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