基于思想實(shí)驗(yàn)的多維世界初探

沈敏

摘 要：以“物理規(guī)律在多維世界一脈相承具有延續(xù)性”為前提，基于思想實(shí)驗(yàn)，對(duì)物理現(xiàn)象在多維世界中呈現(xiàn)的景象進(jìn)行了闡釋，從而對(duì)多維世界有一個(gè)淺顯易懂的解釋，并與現(xiàn)有權(quán)威理論相吻合。

關(guān)鍵詞：多維世界;思想實(shí)驗(yàn);大爆炸

一、引言

1948年，俄國(guó)出生的美國(guó)天體物理學(xué)家伽莫夫等人在前人基于愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論理論的基礎(chǔ)上正式提出了大爆炸宇宙論。大爆炸宇宙論認(rèn)為宇宙起源于一個(gè)溫度極高、密度極大的奇點(diǎn)，該奇點(diǎn)經(jīng)過(guò)一次大爆炸使物質(zhì)擴(kuò)散，溫度逐漸降低而終于形成了今天的宇宙。這一理論到目前為止一直都是最具權(quán)威性的，但是，它在解釋奇點(diǎn)的來(lái)歷時(shí)遇到了困難，而且它對(duì)超四維世界（如五維、六維甚至更高維）的存在的揭示也不夠通俗。能不能有一種更淺顯易懂的解釋呢？

二、物理規(guī)律在多維世界的一脈相承性

在現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)?？梢砸?jiàn)到這樣的現(xiàn)象：一滴油滴落在水面上，油滴隨著時(shí)間的推移在二維的水面上擴(kuò)散。利用這個(gè)例子，我們可以模擬性地解釋所謂“宇宙大爆炸”開(kāi)始時(shí)那個(gè)奇點(diǎn)的來(lái)歷，從而感受到超四維世界的存在，并對(duì)超四維世界有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

我們考察油膜在水面上的擴(kuò)散，也能順其自然地逆推其擴(kuò)散之初應(yīng)該存在一個(gè)奇點(diǎn)：油滴。而就和宇宙起源的那個(gè)奇點(diǎn)很難在三維空間的基礎(chǔ)上加以解釋一樣，油滴處在這一奇點(diǎn)時(shí)也很難在二維平面的范疇內(nèi)得到簡(jiǎn)單的解釋，因?yàn)槟菚r(shí)的油滴更體現(xiàn)為體積，已經(jīng)超出了二維而涉入了更高維——三維。

如果我們想到以下簡(jiǎn)單現(xiàn)象：油滴隨著時(shí)間的推移從空中落到水面上--物質(zhì)從四維世界（三維空間+一維時(shí)間）進(jìn)入到三維世界——化為油膜并開(kāi)始擴(kuò)散，那么我們就比較容易接受這樣一個(gè)觀點(diǎn)：宇宙物質(zhì)起源的那個(gè)奇點(diǎn)從超四維世界進(jìn)入到四維世界并開(kāi)始膨脹，從而感受到超四維世界的存在。而且我們不妨相信宇宙在大爆炸那一瞬間和接下來(lái)的一小段時(shí)間里那些目前在四維世界里尚難以解釋的現(xiàn)象（如空間的“彎曲”以及從“沒(méi)有物質(zhì)和時(shí)間”到“忽然間有了物質(zhì)和時(shí)間”）在超四維世界里將很容易解釋，因?yàn)槲覀兛吹?，油滴剛落到水面上時(shí)的振蕩（平面的“彎曲”，從而由二維平面涉入了三維空間）以及水面上從“沒(méi)有油膜”（當(dāng)然也就沒(méi)有“油膜在水面上的時(shí)間”）到“忽然有了油膜”（這下“油膜在水面上有時(shí)間”了）等現(xiàn)象在三維世界（水面上）雖然難以解釋，但在比三維高的四維世界（空中和立體水域）里解釋起來(lái)卻很容易。

從上面的模擬性解釋中我們已經(jīng)能感受到超四維世界的存在，不但如此，我們還發(fā)現(xiàn)，在以上我們?nèi)菀捉邮艿睦斫夥绞缴?，從三維到四維與從四維到超四維是一脈相承的。更令人激動(dòng)不已的是它啟迪了我們展開(kāi)聯(lián)想的翅膀沿一條更具延續(xù)性的路線在從二維到超四維的眾多世界間自由地翱翔！因?yàn)槲覀兛吹?，?ài)因斯坦在他1905年發(fā)表的“論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)”這篇具有劃時(shí)代意義的論文中作了以下假設(shè)：

物理規(guī)律對(duì)所有慣性系都是一樣的，不存在任何一個(gè)特殊的（例如“絕對(duì)靜止”的）慣性系。（愛(ài)因斯坦稱其為“相對(duì)性原理”，“我們稱之為愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理”。）

而我們不妨也作一個(gè)類似的假設(shè)：

物理規(guī)律在所有維數(shù)的世界里都是一脈相承的，具有延續(xù)性的，不存在任何一個(gè)特殊的世界。

而接下來(lái)請(qǐng)看以下用以進(jìn)一步給出對(duì)超四維世界的感性認(rèn)識(shí)的推導(dǎo)：

設(shè)一個(gè)一維物體從一直線外運(yùn)動(dòng)到該直線上并沿該直線運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又脫離了該直線，那它的運(yùn)動(dòng)軌跡不可能只限于一維直線（二維世界）而至少要涉及二維平面（三維世界）。而這一運(yùn)動(dòng)在二維世界中所呈現(xiàn)的是這樣一種奇特的景觀：一維物體在直線上“忽然出現(xiàn)”（從超二維世界進(jìn)入到二維世界）并沿著直線運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又在直線上“忽然消失”（運(yùn)動(dòng)軌跡脫離了直線，超出了二維世界，返回超二維世界）。于是，我們通過(guò)一維物體在二維世界中的這種奇特的運(yùn)動(dòng)而對(duì)超二維世界有了一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

依此類推，設(shè)一個(gè)二維物體從一平面外運(yùn)動(dòng)到該平面上并沿該平面運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又脫離了該平面，那它的運(yùn)動(dòng)軌跡也不可能只限于平面（三維世界）而至少要涉及三維空間（四維世界）。而這一運(yùn)動(dòng)在三維世界中所呈現(xiàn)的則是這樣一種奇特的景觀：二維物體在平面上“忽然出現(xiàn)”（從超三維世界進(jìn)入到三維世界）并沿著平面運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又在平面上“忽然消失”（運(yùn)動(dòng)軌跡脫離了平面，超出了三維世界，返回超三維世界）。于是，我們通過(guò)二維物體在三維世界中的這種奇特的運(yùn)動(dòng)而對(duì)超三維世界有了一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

再依此類推，設(shè)在三維空間與一維時(shí)間構(gòu)成的四維世界中有一個(gè)三維物體“忽然出現(xiàn)”并在此三維空間中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又從三維空間中“忽然消失”，那它的運(yùn)動(dòng)軌跡也不可能只限于四維世界而將涉入超四維世界。而這一運(yùn)動(dòng)在四維世界中所呈現(xiàn)的也是一種奇特的景觀：三維物體在三維空間中“忽然出現(xiàn)”（從超四維世界進(jìn)入到四維世界）并在該空間中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又在三維空間中“忽然消失”（運(yùn)動(dòng)軌跡脫離了三維空間，超出了四維世界，返回超四維世界）。

于是，我們又通過(guò)三維物體在四維世界中的這種奇特的運(yùn)動(dòng)而對(duì)超四維世界有了一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。而前面的“宇宙物質(zhì)起源的那個(gè)奇點(diǎn)從超四維世界進(jìn)入到四維世界”的觀點(diǎn)與“三維物體在空間中‘忽然出現(xiàn)’（從超四維世界進(jìn)入到四維世界）”不但相互之間十分吻合，而且也都能解釋“奇點(diǎn)”的出現(xiàn)。更奇妙的是，現(xiàn)在有一種同樣基于愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的理論認(rèn)為宇宙物質(zhì)膨脹到一定程度后將會(huì)逐漸收縮，最后又收縮為一個(gè)奇點(diǎn)并消失。這與三維物體“在三維空間中‘忽然消失’（運(yùn)動(dòng)軌跡脫離了三維空間，超出了四維世界，返回超四維世界）”居然也是這樣地吻合。而這些也進(jìn)一步證實(shí)了超四維世界的存在。

三、結(jié)束語(yǔ)

上述通過(guò)對(duì)低維實(shí)例的類比研究，使學(xué)生對(duì)高維世界有了一點(diǎn)感性的認(rèn)識(shí)，即存在超四維世界，并且從超四維世界可以簡(jiǎn)單解釋宇宙大爆炸和奇點(diǎn)。就像宇宙起源時(shí)的那個(gè)奇點(diǎn)在n維世界里可以被看成日常生活中落到水面上的油滴一樣，宇宙在“奇點(diǎn)”和“‘熵’值最大”二者之間的循環(huán)震蕩在n維世界里看起來(lái)也許就像我們?cè)谌粘Ｉ钪锌吹降膹椈烧褡拥恼駝?dòng)一樣簡(jiǎn)單。