人进入四维空间会怎么样
2020-09-19 · 每天多一点知道
百度知道日报
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。
那么四维空间是什么？人类是生活在三维空间里面，而四维空间比三维空间更加难懂，四维空间会不会存在着另一个世界呢？人类对于宇宙空间的探索远远没有达到非常高的程度，人类进入四维空间的话会是什么样子呢？下面让我们一起去看看四维空间是什么。
通过一维、二维、三维空间的演变，人们提出了关于四维空间的以一些猜想。尽管这些猜想现在并不能证明是正确的，但科学理论有很多是有猜想开始的。现今科学理论一般是基于现象总结规律，而关于四维空间的现象没有足够准确清晰的认识，或者看到了这种现象却并没有想到是四维空间引起的。四维空间不同于三维空间，四维空间指的是标准欧几里得空间，可以拓展到n维；四维时空指的是闵可夫斯基空间概念的一种误解。人类作为三维物体可以理解四维时空（三个空间维度和一个时间维度）但无法认识以及存在于四维空间，因为人类属于第三个空间维度生物。通常所说时间是第四维即四维时空下的时间维度。四维空间的第四维指与x，y，z同一性质的空间维度。然而四维时空并不是标准欧几里得空间，时间的本质是描述运动的快慢。四维世界的物体我们称之为“超体”，超体有许多奇怪的特性。以边长为1的超正方体为例，它的表面积是8立方米。估计有些人立马要跳出来，表面积怎么出现立方米了？事实是，对四维空间来说，三维的体只是一个面，四维超体的表面就是三维的。超正方体的表面（表面体）有“8个立方体（胞），24个面，32条线段，16个点”。更奇特的是，如果我们把超正方体的“表面”展开，如同我们把正方体表面展开成一张纸的情况，就成了下图：
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？答案是根据物理学的知识，不是不可能，但是异常困难的。
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，在这里，距离的三次方就是四维中三维球面的“面积”（忽略一个常数）。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。也许你会认为，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。
行，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。（如果你学过力学，你还知道，两个电荷之间的势能与距离成反比，而力是势能的导数，所以与距离平方成反比。）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。
那么，四维如何呢？前面我们已经知道了，在四维空间中信号与距离立方成反比，所以，四维空间的库伦定律就是：两个电荷之间的力与距离立方成反比。这下就糟了，学过一点力学的人可以计算一下，如果两个电荷之间的力与距离立方成反比，质子与电子形成的束缚系统——氢原子，是否还是稳定的？结论很悲观：只要给一点扰动，这个“氢原子”很快消失，不是电子逃逸了，就是落到质子上去了。
那么，量子力学告诉我们什么？结果更加糟糕，除非电荷被调到一个与质量有关的固定值，氢原子的束缚态根本不存在！也许，只是很少的物理学家知道这个结果，但任何学过量子力学的人自己都可以简单地计算一下，束缚态不存在。现在回到蓝色空间号。我们问，当这艘被追击的星舰进入四维“气泡”时，它会怎么样？答案很清楚，立刻灰飞烟灭。这是因为我们人的身体是由分子原子构成的，而分子原子之所以成为分子原子是因为原子核与电子之间的电磁力。分子原子进入四维空间就不存在了，人当然也会随之解体。当然，三维人更不可能通过翘曲点进入四维空间。
我们可以问一个更深的问题。假如电磁学只在三维空间中成立，当三维空间与四维气泡连接时，会出现什么现象？一种可能是，电磁学完全被囚禁在三维里，电磁场不能进入四维空间。这种情况确实出现在超弦理论中，三维空间是一个三维膜，三维膜上的一些物理场被囚禁在膜上，不能进入四维空间。
那么，人身上的的分子原子可以进入四维空间吗？在弦论中，一般是假定进入不了的。当然，我们可以假想分子原子中的原子核和电子可以进入四维空间，那么我们问，电磁场能进入吗？我还没有看到一个自洽的理论说电磁场不可以进入，如果这样，人还会解体。
一种办法是，让分子原子与电磁场永远囚禁在三维中，但让这个“三维体”随意进入四维，这就要求我们发明强大的机器来实现：这有点像我们在三维空间中拉扯皮球的皮，但没有强大的能力是做不到的。
最后，顺便谈一下其他维。二维如何？既然三维中库伦力与距离平方成反比，那么在二维中库伦力与距离成反比。其实，二维中的束缚态的尺寸非常小。如果我们二维化了，不见得会变大，很可能会塌缩，而且，二维中的质量会导致二维空间闭合——这是另外一个话题，今天不谈了。
更高维的空间呢？只要高于三维空间，库伦力导致的束缚态都是不稳定的。也就是说，在四维和四维以上的空间中，不存在原子，也不存在稳定的太阳系和美丽银河系。所以，三维空间的存在不是无缘无故的。你问我为什么，我不知道，也许是上帝希望有一个稳定的太阳系，有一个美丽的银河系，并且，有智慧的人类。
我们可以从二维来考虑。一个二维生物（如果有的话），他们考虑所谓的三维空间绝对和我们所认识的三维空间不同——它们会把时间作为第三维，因为他们无法感受这一维的存在。同样，我们现在也走进了这个误区，把时间算做第四维。可能四维生物看到我们在宣扬这种思想时，也在为我们叹息。那么时间算不算一维？在我看来，时间应该算是一维，即在多维生物本身的维度之外再加一维，构成新的N+1维空间，而且这样也有助于帮我们解决一些问题，也可以使我们对比三维维度更高的空间加深认识。
有一个更新的构想，即所有的维度都是由时间构成，没有时间，就没有空间，包括最基本的一维空间。这应该好理解，因为没有时间，空间本身的存在就没有任何意义，因为时空本身就是不能分割的整体。那么，为什么一种时间可以形成不同的维度空间？这里，我们可以把时间看成是一种可以分解的常量。时间可以分解，这一句话理解起来可能有点困难。但是，只要想通了道理也是很简单的。要明白这个道理，首先必须了解两点。第一是时空的不可分性，这一点估计大家都明白，离开了空间谈时间，或者离开了时间谈空间，都是毫无意义的。第二点是时间的多样性，这一点了解起来可能有一点麻烦。在日常生活中，我们接触到的都是时间的合成体，也就是各个分时间有机结合形成的一个总的时间体系。可能你们会觉得我是在狡辩，其实不是。只要你们换一个角度去想，一个结果，可能是几个不同的原因形成的。就拿运动来说，我们观察到的一般都是几个不同运动产生的一种运动的结合体，即合运动。关于时间，我们也可以这样去想。我们看到的时间结合体，可以是由物体运动的时间，历史时间（即经历时间）和其他的一些时间构成。而运动时间，我们又可以看成由上下运动的时间，左右运动的时间和前后运动的时间。当然，划分方法是多样的，这就构成了时间的多样性，至于如何去划分，这就要由不同的情况而定。一部分时间对应一段空间。在这个不完整的空间里，时间起到了决定性的作用。
我们之所以是三维生物，是以为这个维度的空间里只存在三维的时间。时间的不完整决定了空间的不完整。我们不能认识其他维度的空间，是因为我们不具备在那个空间里面运动的时间。时间的多样性决定的空间的多样性。同时，因为时间的不同分解方式，注定了我们的三维空间也是相对的，它可以被命名为一维，二维，甚至是任意维——完全取决于不同的分解方式。时间是决定维度的关键，同时，它也是决定低维物体高维存在方式的关键。
让我们看看科学上的说法：低维是空间上的缺陷，它们不具备在高维世界内运动的空间。关于这一点，有一个疑问，那就是我们怎么可以发现这个缺陷。我们认为的低维不存在某一个空间长度，是因为我们无法确定它有那一个长度，也就是我们现在用最好的设备也无法观察到那一个长度差。那么，将来呢？我们现在无法认证，可能将来会有人证明那个低维物体确实属于高维。因此，低维与高维并不存在所谓的空间差。那么，我们如何区别高维与低维？很简单，用时间。用时间去解释任何一个维度空间，我们也可以认为，低维之所以比高维低级，是因为它们存在时间上的缺陷，它们无法在时间范畴内感受高维的存在。所以，我们要去了解低维或者高维，先要知道它们存在的时间范围。高维与低维之间可以实现转化，道理是很简单的，只要加入或者去掉一个时间单位就可以了。然而说起来很容易，做起来却很复杂，我们对时间的概念都是如此模糊，要想在空间范围内实现时间的转化就更困难。
对四维空间，一般人可能只是认为在长、宽、高的轴上，再加上一根时间轴，但对于其具体情况，大部分的人仍知之甚少。有一位专家曾打过一个比方：让我们先假设一些生活在二维空间的扁片人，他们只有平面概念。假如要将一个二维扁片人关起来，只需要用线在他四周画一个圈即可，这样一来，在二维空间的范围内，他无论如何也走不出这个圈。现在我们这些生活在三维空间的人对其进行“干涉”。我们只需从第三个方向（即从表示高度的那跟轴的方向），将二维人从圈中取出，再放回二维空间的其他地方即可。对我们这些三维人而言，四维空间的情况就与上述解释十分类似。如果我们能克服四维空间，那么，在瞬间跨越三维空间的距离也不是不可能。
如果身处三维世界的我们不慎进入了四维空间，会看见什么？
即使是封闭得最严密的保险柜，你依然可以从一个“侧面”看见里面的全部内容。
不仅如此，你甚至能看见里面每一颗螺钉的耦合方式。
你能看见自己的肌肉，自己的骨骼，以及血管里面流动着的血液，就好像你自己被解剖了一样
然而很奇怪，虽然血液就在你的眼前流动，但它们不会洒出来。
世界上所有的墙对你来说都是形同虚设，因为只要你愿意，你完全可以从另一个“侧面”绕过它。
当你从四维空间回到三维世界，你在三维世界里面的朋友会看到什么呢？
这取决于你以什么角度，用身体的哪个部分首先跨越回三维空间。
比如你是先把脚伸进来，那么你朋友看到的将是在空气中凭空出现的一双鞋，这双鞋慢慢往上张出了一双小腿
然而当你朋友转到另一个角度看你时，他必然会惊讶得说不出话来
因为他将会看见在你小腿和空气的交界面是两个整齐的圆形断面，就像切开的午餐肉一样
他可以看见你的骨骼，你的肌肉，你的血液
它们正随着你的小腿的出现而不断地生长！或者说不断地出现！
如果你朋友有胆量用手去摸你的小腿的断面，他甚至能感觉到不断出现的断面将他的手慢慢的顶起来
他这样抚摸着你的“断腿”，并不会对你造成伤害，除非他用尖锐的物体扎它。
因为你只是从另一个维度跨入这个空间而已，这样做只会把这空间里原本存在的事物推开
就好像掉进水里的石头把水排开一样。
真实宇宙几乎完全是三维空间，加一维时间。不要瞎想了，除非能利用黑洞或是放大量子级别的虫洞，或者利用引力去平行世界（这些想法都是弦理论里的）空间就是稳定的3维，最近一项实验，发现从及其遥远的类星体发出的光，经过这么多路之后没有太多的变化（本来是为了验证小尺度时空泡沫的存在，如果极小尺度下时空确实不稳定，出现更高的维度，那么那么远的路程会放大这一差距，以至可以测量，但是结果并没有差距）说明没有4维或更高维度的空间，或者泡沫的尺寸超小，小到无法影响光。
说到底，你们一群听风就是雨的人，不肯花心思去学点东西，老是把别人说的胡话当真，还一个劲地吹。还有那些精神病网络小说作者，写些乱七八糟唯心主义的东西，兄弟啊，没文化真可怕，自己写理论骗自己，哎
在此之前，先普及几个概念
1.【N维可以体现为N-1维的投影】
一维只有长度，就是一条直线。
二维是长度和宽度，就是一个薄片，没有厚度（高度），所以所有的二维图形，在一维就投影为一条线。这个也不难理解。
三维加入了高度。以此类推，就是真正的投影的概念，比如，三维的球体，在二维就投影为一个圆形。注意，不是三围。
那么四维呢？等下讲。
2.【在N+1维中，可以通过扭曲N维，来连接N维中的任何两点】
在一维里，两点之间只有一条直线距离是最近的，成为一条线段。
在二维的纸面上，我们还可以把这条线段扭曲变成一个圆形，那么这两点之间的距离就变为了0。
在三维中，我们可以干脆扭曲纸面，让两个点碰在一起。就像电影中演的那样。用笔戳破投影的两个洞，就是虫洞，而三维投影在二维纸面的是一个圆形，那么在三维中自然就是一个球形。相信这里很容易看懂。
在四维中的扭曲，你可以这样理解：你能够瞬间从任何一个地方，去任何一个地方。我们只是把空间扭曲而已。更形象的说，就是多啦A梦的随意门。
更多维度的扭曲，请见下文。
3. 关于概率波的坍塌，【薛定谔的猫】
薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。相信大家已经听过很多次关于这个故事的描述了，我就简化一下“一只活蹦乱跳的猫被封在一个密室里，密室里有一盘毒药，不知道猫是否会去舔毒药，那么在你打开密室之前，猫是活还是死？”
根据我们在日常生活中的经验，可以认定，猫或者死，或者活。但是，如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道猫是死是活。此时，猫的波函数由叠加态立即收缩（或者说坍塌）到某一个特定状态。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于半死不活的叠加态。
很难理解吗？你只要这样去想象即可：在你打开盖子的瞬间，时空裂变成了两个，一个是猫死了，一个是猫活着，这两个时空，从此以后互不相干继续存在下去，两个世界里有两个你，可能会去做不同的事情，而这两个时空（宇宙），也不会互相影响。那么在空间裂变之前（就是你打开密室的瞬间之前），两个时空是叠加的，猫的死活，就是一种概率。这个概率，或者说概率波，在你打开的瞬间，由波，变成了一个确定的点（概率波的坍塌）。
4. 【平行宇宙】
如果你理解了猫的或生或死的可能性，那么你就可以理解，在这里创造出了两个平行宇宙。如果再加上其他参数，比如，猫如果活着，是站着还是坐着；如果死了，是趴着还是躺着。加入这四种可能性后，就产生了4个平行宇宙（活着站，活着坐，死着趴，死着躺），以此类推其他的因素，则是无穷多个平行宇宙。
接下来我们来理解多维空间。
四维，就是加入了时间的三维。如果你也处在四维空间，你看到的人，应该是这样的）。
http://www.my51a.com/ewebeditor/uploadfile/200998164646650.jpg
http://images.zj.com/uppic/2009/09/04/1276514_2.jpg
事实上应该比这个轨迹更长，这个人的一生，都体现在这个长长的轨迹里，让我们把图中的这种形状叫做“四维轨迹图”好了。而我们在三维世界看到的这个人，就是这个长长的四维轨迹图的一个瞬间的投影而已。所以，三维就是四维中的某一个时刻，反过来，四维则是三维的集合。
五维，就是概率（也可以理解为不同的可能性），即加入了平行宇宙的四维。那么投影在四维中，也是一个四维轨迹图。那么在五维世界里，应该是什么样子的呢？
在五维中，你会看到，同一个人，有无数个四维轨迹图（每一个轨迹图，都是他的一生，可能是成为医生，他也可能成为了总统等等。所以五维中，有无数种可能的此人的一生）叠加在一起，投影到任何一个四维空间，概率波就坍缩成为某一种特定状态，也就是他的某一种一生。
在《星际穿越》中，男主在最终进入黑洞后，进入了五维空间，里面有他女儿房间的所有时段，电影为了方便演示，没有用四维轨迹图的方式，而是用了无数个房间。有人会问，这样不是应该是四维吗，为何是五维？因为在当时的情形下，他女儿的命运也可能有可能性，可能没有解出方程，可能没有接收到他的信息等等。所以电影解读为五维是比较合适的。
补充一点，四维扭曲三维的两个点，在上文我们已经讨论过，就是随意门。那么，五维连接四维的两个点，是怎样的呢？我们把“某人的一生”这个四维轨迹图中的任何两点（两个时刻，比如3岁和30岁）扭曲在一起，看上去，就是这个人突然从3岁变成了30岁。也就是说，五维空间里的人，可以随意改变自己所处的时间（年纪）。
让我们再进一步，什么是六维？
在五维中，这个人的一生，有很多种可能性，你可以想象无数个四维轨迹图像牙签一样插在一个圆心上，成为一个巨大球体好了，只不过每一个“牙签”都是独立的，之间没有办法直接相连。不妨把这个“牙签球”，都看作成为六维在五维的投影。如果你理解了上文的【在N+1维中，可以通过扭曲N维，来连接N维中的任何两点】，那么你就可以更好理解六维。
在六维中，这个牙签球的任何两个牙签的任何两点，都可以随意相连。让我们举个例子，在其中的一个“牙签”（请记得，每一个牙签，都是四维轨迹图，都是这个人的某种一辈子）上，此人3岁时摔倒了，脸上留下了永久的疤痕；而另外一个牙签上，此人30岁则没有疤痕。也就是说，不仅仅这个人可以突然从3岁变成30岁，还可以突然从有疤痕的3岁，变成没有疤痕的30岁。换句话说，六维空间的人，不仅可以改变自己的任何年纪，还可以改变自己的命运，可以体验科学家的生活，也可以突然变成一个富人，可以让自己变高，变矮，变瘦变壮，想过怎样的生活都可以随时改变。
把我们现有的宇宙的所有无穷多个可能性的四维轨迹图，做成牙签球，就是五维世界了。那么六维就是可以链接任意两根牙签的超级牙签球。
六维，已经包含了所有的可能性，还敢想象一下七维吗？
请注意，我们的这些可能性，依然是建立在现在这个世界的物理基础上的，比如，人要长一个鼻子两个眼睛，地球也有重力，冰水混合物是0摄氏度，光速是30万公里每秒……那么，是否还有其他宇宙，和我们所在的这个世界不同呢？如果有，那么把两个世界相连，就是七维了。
如果六维是超级牙签球，那么七维，就是存在另外的超级牙签球，其物理规律，和我们所在的这个完全不同。把两个球相连，就是七维。也就是说，我们现在的宇宙，变成了另外一个宇宙。
那么八维就很好理解了，假设我们所在的这个宇宙牙签球是A，可以变成B牙签球，那么也可以变成C牙签球，每一个牙签球的物理规律，都不相同。八维就是所有不同牙签球连接的集合。把A-B，A-C，A-D……所有的连线都看成新的大牙签，再插在一起，组成一个“牙签球的牙签球”， 就是八维。但是每一个大牙签依然互相不影响。我们无法从A-B这个大牙签，跳跃到A-C这个大牙签上。
九维，就是可以突破上述限制，随意更改，宇宙已经醉了，已经你已经想怎么样就怎么样了，你已经是神了。
那么十维，就是把这些所有的所有集中起来，没有再比这个再大再多的集合了。
让我们总结一下所有的维度
一维：长度
二维：宽度
三维：高度
四维：时间
五维：概率/可能性
六维：所有可能性的集合
七维：从我们的宇宙，到另外的宇宙
八维：不同宇宙的可能性集合
九维：可以随便改变的宇宙
十维：所有的一切的一切的一切
