四维空间图解

1、.一颗蓝色的星球，表面附著著一群用两条腿走路并且会说话的动物，他们管自己叫作人。他们对於这个世界早已习以为常，安然无事地吃喝拉撒，日复一日，年复一年，为了生活而生活著。夜深人静，万籁俱寂。蓝色星球东半球亚洲一发展中国家的南方临海某市的一间单身宿舍里，一个被定义为打工仔的人，抓住了几只不幸的低等动物蚂蚁，在昏暗的灯光下，把它们放到一张白纸上，任其爬行。三维世界的人居高临下地看著二维世界的动物（把蚂蚁假定为二维生物），人陷入了沉思蚂蚁在平展的白纸上木然地爬行著，在它们的视野中，世界如此宽阔平坦，一望无边。世界只有前后左右，没有上下的概念。这是一个纯粹的二维世界。这些可怜的生命，由於它们生理结构的局

2、限，永远地被宿命在一个只有XY轴而没有Z轴的平面世界里。在这个荒凉的平面世界里，时时刻刻发生著出人意料的事情。人注视著蚂蚁的每一个行为，正如上帝注视著人的世界。人准备和蚂蚁开个玩笑，然而这对於蚂蚁来说却是天灾。人拿起一块小石头，正对著一只正在爬行的年轻蚂蚁的头顶，然后轻轻松手。在蚂蚁的世界里，灾难发生了。一个不明物体不知从何而来，结束了年轻蚂蚁短暂的一生。同伴相继赶来，围观这庞大的不明物体，它们无法用现有的理论去解释这桩离奇的事件，因为事发之时，年轻蚂蚁的前后左右均未发现可疑危险，在如此安全的环境下竟然突然出现一个形状怪异的物体，简直不可思议。（当然它们是看不见石头的厚度的，只能看见石头与它们

3、的平面世界接触到的一个封闭平面区域）对於这个莫名其妙的灾难，蚂蚁们只能求助於它们想像中的宗教和神灵，进而得出了结论：这是上苍的旨意，年轻的同伴命中注定今日死去，“阎王让你三更死，哪个敢留到五更”，苦命的孩子啊！人自信地注视著这一切，仿佛有一种莫名的成就感。生活在三维世界是多麼的优越，前后左右上下，四面八方，可以尽收眼底，比起悲哀的蚂蚁，人类是何等安全。然而设身处地思考了蚂蚁世界的处境后，人把自己和蚂蚁做了一个对比，把时空由二维推广到三维，结果令人沮丧，原先的优越感和成就感刹那间一扫而空。曾几何时，有多少人因为突如其来的车祸提前结束自己的生命，有多少人因为从未料想到的癌症的袭击撒手抛下亲人，有多

4、少人由於一时的疏忽酿成无法挽回的损失，有多少人风烛残年之时慕然回首往事潸然泪下追悔莫及可怜的人啊，纵然眼观六路耳听八方，但面对无情的时间机器只能任其摆布。三维世界的人不比二维世界的蚂蚁多几分能耐，宇宙的第四维时间让人饱受折磨。人的大脑可以轻松分析蚂蚁的世界，可以嘲笑它们对世界的无知，但这个肩膀上的球状物也只能做到这一步，对四维时空是束手无策，只能听天由命。如有更高一维的智慧生命在注视著人类，他把四维时空看的一览无余，他能清楚地窥探宇宙的任何一个时刻的状态，那麼，他会像人用石头砸死蚂蚁一样从第四维空间发出一个灾难信号毁灭人类的幸福生活，还是像人类所祈祷的上帝一样挽救三维空间发生的每一个不幸呢？祸

5、不单行，或是喜从天降，只在於这个四维智者的一念之差，三维世界的人永远也无法琢磨四维智者奇妙的想法。被称作打工仔的人，把思维从沮丧的想像中拽回来，继续观察纸上的蚂蚁。他把纸弯曲了一下，蚂蚁没有觉察，它继续在它们认为是宽阔平展的世界里爬行。一只蚂蚁想从A点爬到C点，它只能花费很长的时间和很大的精力从A点爬到B点再爬到C点，即使按照两点之间直线最短的原理，也要爬好长一段路程。这时，人把纸卷曲得更厉害了，使得C点和A点几乎靠近到一起，从人的角度来考虑，在三维世界要从A点到C点只要轻轻跳起即可实现，然而对於二维世界的蚂蚁这是多麼不可理解的事情啊。反过来想想人类为了实现空间距离的大幅度跨越，竭尽全力发展交

6、通工具，提高旅行速度，但几千几万年来也是收效甚微，想进行一次星际旅行即使快到光速也需要以几十代上百代人的接力赛才能完成。假如三维时空可以弯曲，从人所住的这个单身宿舍到城楼也只是一步之遥。如果真有这一天，人类将能实现宇宙中任何两点之间的瞬间跨越。甚至更进一步，把四维时空弯曲，使得空间和时间一起扭成麻花状，时间旅行也成为举手之劳。这时他们会对曾经的愚蠢之举佩服不已，把当初为提高车速而进行的一系列技术革新当作“愚公移山”一样来尊为人类精神毅力的象徵，但在赞美之时更多的将是为自己过去的笨拙而发出由衷的嘲笑。盯著这些懦弱的蚂蚁，人再也不能狂妄地看待自己的能力了。窗外的夜色更浓了，幽灵般笼罩了单身宿舍这个

7、狭小的空间，前后左右上下都弥漫著夜色，在这无边的夜色中漂浮著台灯发出的昏黄的光芒，从二维蚂蚁到三维人，从平面世界到三维空间，不一样的世界，却常常有著一样的遭遇蚂蚁依然在它们的二维世界爬行著，时光照常流逝，世界依旧太平。这时人在蚂蚁的世界里放了一个圆筒，三维圆筒在二维平面上围隔出一个“禁区”。蚂蚁们困惑了！面对平面上这个突然出现的圆形（蚂蚁看不到圆筒的高度，只能看到圆筒和平面相交成的圆形），它们无论如何也进不去这个“禁区”。於是乎，蚂蚁中的科学家们开始测量这个禁区的大小，试图寻找进入其中的捷径，但是结果令人它们失望，用蚂蚁科学家所掌握的二维数学和二维物理学来解决这个问题，通过方程计算，得出的结论

8、是没有解。这个问题成了蚂蚁世界永远的科学之谜。这时人在蚂蚁的世界里放了一个圆筒，三维圆筒在二维平面上围隔出一个“禁区”。蚂蚁们困惑了！面对平面上这个突然出现的圆形（蚂蚁看不到圆筒的高度，只能看到圆筒和平面相交成的圆形），它们无论如何也进不去这个“禁区”。於是乎，蚂蚁中的科学家们开始测量这个禁区的大小，试图寻找进入其中的捷径，但是结果令人它们失望，用蚂蚁科学家所掌握的二维数学和二维物理学来解决这个问题，通过方程计算，得出的结论是没有解。这个问题成了蚂蚁世界永远的科学之谜。到蚂蚁的困惑，人动了恻隐之心，於是抓起一只蚂蚁放进了筒内。二维世界里发生了一件震惊中外的人员失踪案，但很快圆筒外的蚂蚁听见了圆

9、桶内发出的失踪同伴的叫声。天哪，是什麼力量使它进入了世界的“禁区”？又怎样才能把同伴救出？以它们目前的科学技术，解释这一离奇的现象完全没有可能，解救进入“禁区”的同伴得和上帝对话，然而上帝在何处呢？宗教能使它们的心灵得到安慰，却无法解决它们所面临的灾难。面对蚂蚁世界发生的一切，人又一次陷入了思考，开始用三维世界的理论去分析二维世界的事件。蚂蚁要从筒外的A点到达筒内的C点，在二维空间是永远无法实现的，因为在二维世界里这两点之间没有一条通道。但从三维空间来看，结果会令人欣喜，圆筒上端是敞开的，所以可以把蚂蚁从A点经由B点再放到C点，三维世界存在无数条和ABC三点连线一样的路径，使蚂蚁实现二维世界不

10、可能完成的事情。分析其中本质，是把蚂蚁暂时脱离XY平面，通过Z轴方向的三维跃迁，再返回二维世界。如果把二维蚂蚁的遭遇扩展到三维世界的人，类似的情况难以胜数。例如在三维空间的地面上扣著一个半球壳体（壳体底部也是封闭的），如果不砸碎壳体，外面的人是永远不可能进入壳体里面的，因为内外两点之间没有一条通道。受蚂蚁进圆筒的启发，人可以跨越三维，通过四维时空实现这次不可能的事情。首先需要说明的是，说进不去壳体实际暗含著一个同时性问题，也就是说此刻的人进不去此刻的壳体，但不等於说此刻的人进不去过去或未来的壳体。T0时刻人在壳体外A点，对於壳体内B点人是可望而不可及的；T1时刻把壳体移开，人从A点到达B点，人

11、虽然不在此刻的壳体内（T1时刻），但事实上已经进入了过去（T0时刻）的壳体内部。只要通过一定的技术使时间倒流回T0时刻，就像刚才人把蚂蚁从B点放回C点一样，这样人就实现了进入球壳的梦想。但需要说明的是，人从A点到达B点时必须是瞬间到达（不占用时间，就像微观世界的量子一样），而不是过程性移动（消耗时间的运动），否则时间倒流后，人又从B点返回到了A点。此外，还可以有其它办法完成此事，例如采用强磁场把壳体内部和周围的时空扭曲，就像蚂蚁在卷曲的纸面上实现两点瞬间跨越一样。在当然，这些想法只在理论上可行，人类当前的科学技术难以办到。怀揣著这个奇妙的构想，人有些激动。仅仅把时空从二维提升到三维，蚂蚁的难题

12、就迎刃而解；然后把时空从三维提升到四维，人类的困惑将不复存在。每当他们以为自己能记忆历史的时候，每当他们以为自己能预感未来的时候，每当他们中所谓的科学家以为发现了宇宙的运行规律的时候，或许有更高维的智慧生命正在嘲笑这群附著在蓝色星球表面的生物的愚昧落后。台灯下蚂蚁依然在向前爬行，他们已经爬了一个多小时，三维世界的一个小时对於二维世界的蚂蚁来说是何等的漫长，漫长得足以让他们中的科学家总结世界的规律。这是一张画有方格子的纸，边长5厘米的方格子布满了二维平面。於是蚂蚁科学家得出了它们世界的宇宙规律：世界是平的，并且有方格子组成，在X轴和Y轴方向上方格子每隔5厘米出现一次。这简直就是天经地义的，就像人类所熟知的牛顿三定律、爱因斯坦相对论、普朗克量子理论和霍金的宇宙黑洞理论。可怜的蚂蚁啊，它们把世界的规律总结得如此完美，殊不知这只是三维世界的人随手画的一个图案。有几只蚂蚁不知何时已经爬到纸的边缘，它们被眼前的景象惊呆了，方格子不见了，世界一片漆黑，几万年来发展起来的宇宙科学理论刹那间失效了，蚂蚁科学家们崩溃了，世界末日到来了此时，打工仔立刻把目光从蚂蚁世界移开，投向窗外那深邃的夜空。他恍然大悟了，於是倒吸一口冷气：“我们的世界会不会和蚂蚁一