多維度：宇宙從一維到十維

當人們提到「多維度」，總不免浮想聯翩。「平行宇宙」、「弦論」等關鍵詞會不由自主的湧進我們的腦海。「多維度」這個概念的確是源於超弦理論，但是大家對「多維度」的理解可謂五花八門。這其中的主要原因，可以歸結為2點：一是大家對超弦理論沒有系統認知，二是大家在接受「多維度」概念時被參雜了傳播者的個人偏見。之前發超弦理論文章時發現大家對維度的興趣，現將主流弦論對多維度概念的解釋進行介紹，我們從一維講到十維。對於不了解超弦理論的朋友可以參看以下幾篇文章加深理解：

1《超弦理論：上帝撥動的琴弦！》

2《第四維度:時間為什麼會被當作一個維度？》

3《超弦理論：萬物之理論！》

我們知道，維度只是事物的不同的面，通過它們，我們感知到了真實世界。日常生活經驗中，我們一踏入這個世界，就會立即覺察到周圍存在著三個維度——它們確定了宇宙中所有物體的長度、寬度和厚度（分別對應 x、 y、z 三個軸）。除了這三個可見的維度，在上世紀初愛因斯坦將時間作為第四個維度對宇宙進行了描述，於是，之前的「經典物理」三維空間，升級成了四維的「時空」概念。但是，還有更多維度嗎？科學家對此給了肯定答案。」超弦理論「認為，宇宙存在十個不同的維度。這些不同的面支配著宇宙、自然的基本作用力，以及宇宙物質的所有基本粒子。

第一維度，正如已經提到的，是能夠形成長度（亦即 x 軸）的維度。解釋一維的最好物體是直線，它只有長度，而沒有其他可識別的特點。

第二維度，在原有x 軸（或長度）的基礎上加上y 軸（或寬度）。與之對應的是我們常說的面。

第三維度，在二維的基礎上再加上厚度（z 軸）。它給所有物體帶來了領域感和橫截面。三維的最好例子是立方體，它存在於三個維度中，有長度、寬度和厚度，因此有了體積。

前三維度對我們來說是很好理解的，因為我們真真實實能夠感知到，但是如果往第四、第五、第六維度等更高維度進行感知和理解就有難度了；所以，我們非常有必要對前三維度之間的關係進行必要的梳理和總結，並以此為推導。在此之前，必須得強調，我們考慮的是物理的維度，即我們生活的宇宙的維度，而不是數學上的維度。在前三個維度中，假如有一個點存在第一維度上的一條直線上，此時如果在第一維度內，該點要達到另外一個點，它必須得跨過這個點與另外點的直線距離，而且對這個點來說，它只有這麼一條路可走；但是，如果跳出第一個維度，從第二個維度來看，我們就可以看見，該點要達到另一個點，他就不只有一條路可走了，他完全可以從第二個維度，即寬度，繞行到那個點，這種路徑對該點來說有無數種選擇。如果從站在與原來那個點類似的點（即同一直線上的點）的角度來看，它就會發現一個非常有意思的現象：原來那個點突然間消失了，然後過了一會兒，突然間出現在另一個點的位置。同理，第三維度，對第二維度也有類似的關係。維度具有遞增特性，高維度的物體能夠隨意到達低維度的任何位置。

如果說前四個維度我們都難以理解的話，那麼對接下來維度的理解就更大了。我們知道，前四個維度還處於經典物理範疇，什麼是經典物理範疇，簡單來說，就是事物的行為只有一個歷史版本，它只會按照一種時間線前進，時間還被當作不可改變的參量。但是，在接下來的更高維度，因為有比時間（第四維度）更高維度的存在，這種固定模式就會被打破，在第五維度等更高維度看來，時間完全是一個可以控制的參量。

第五維度，在第四維度的時候，我們可以看到單一方向的人生「時間線」，但是在第五維度，我們不僅有了時間的「長度」，還有了「寬度」，即我們在我們的人生過程中，朝其他方向發展的可能。舉例來說，假如有一個人的人生軌跡是成為一名醫生（此時，還是第四維度層面，時間線是單一方向的），此時，如果站在第五維度來看，此人就不應該只包括成為成為醫生一種人生軌跡，他可以在他的人生過程中分支出成為律師、教師等無數種可能。這個時候，我們可以看到類似「時間平面」的概念。

第六維度，同理，我們應該知道，這個維度可以被描述成「時間塊（立體）」概念，但什麼是「時間塊」呢？我們知道，在第五維度時，你一個人將來的所有的人生軌跡可能（成為醫生、律師、老師等等）構成了這個時間「平面」。如果站在第六維度，你就可以設想，在你身邊有無數個人和你一樣擁有無數種人生可能的「時間面」，你可以跨越原先的這個起點限制，成為所有人所有可能人生中的任何一個位置。這就類似於孫悟空的變身術，你可以變身成別人，並佔據他的人生軌跡。在這個維度，你可以成為我們這個宇宙中所有按照我們這個宇宙規律運行的任何一種結果。

第七個維度，在第五維度和第六維度，所有事件的起點都還是一樣的，都是起源於我們的宇宙大爆炸，都還是在同一個宇宙的範疇內。但是，到了第七維度，我們就得上升到宇宙這個層面了，並把我們的宇宙看作一個點，然後，我們就可以看到這個點在「時間線」到達另一個點的過程，也就是我們這個宇宙在時間作用下發展成另一個宇宙的過程。

第八維度，同理，類似「時間面」的概念，只不過這時的對象是我們的宇宙，而不是之前我們宇宙內的事物。在這個維度，我們可以看到我們宇宙朝各個方向發展的可能。

第九維度，也同理之前的推導，在第九維度，我們可以看到有很多和我們宇宙類似，但不同起始點的宇宙，他們的宇宙內的自然規律和我們的完全不同。這些宇宙，自然也有各自在「時間面」的發展過程。在第九維度，我們宇宙可以成為平行宇宙中的任何一種。

第十維度，也就是最終維度上，我們可以把第九維度之前所有的可能看作是一個點，如果此時我們還要往更高維度發展的話，就必須得有一個與此類似的點，但是在第十維度上，我們所到達的高度已經涵蓋了一切可能性和想像力，也就是說，我們無法再找到一個與之類似的點。自此，維度達到最大，像我們這樣低等的凡人再也無法進行想像，它是維度意義上我們所能設想的自然極限。

我們知道，前四個維度我們能夠感知到，但是其他六個維度我們就無法感知了。對此，「弦理論」給出了兩種機制來解釋：要麼這些額外 的額度捲縮在極小的尺度上，要麼我們這個世界存在於一個三維的子流形，也就是一張「膜」上，在這裡，除了引力，所有已知粒子都是受到限制的（亦即膜理 論）。

如果額外維度是捲縮的，那麼這六個維度就必然存在於「卡拉比-丘」流形（上圖）中。即便我們無法感知它們，它們也可能最初支配過宇宙的形成。這就是為什麼科 學家相信，用望遠鏡研究來自早期宇宙的光線（如幾十億年前），回望時間上的過去，就可能會看到這些額外存在的維度影響宇宙演化的方式。

正如其他候選「大統一」理論——也就是所謂的「萬物理論」——一樣，之所以相信宇宙是由十個維度構成的（或更多，取決於採用哪種弦理論模型），是因為它們想要把粒子物理的標準模型和引力的存在統一起來。簡短地說，這是一種想對宇宙中所有已知的力相互作用的方式，以及其他「可能宇宙」自身可能的運作方式進行解釋的嘗試。

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