如何看待《三體》和《星際穿越》各自描述的高維度世界?

大劉在《三體》中描述的高維度世界可以看到低維度世界的全部細節,即在空間上比我們多出了一到多個維度,但並沒有在時間維度上做文章。而最近的《星際穿越》,電影中未來人類所處的五維世界應該是三個空間維度加上兩個時間維度,並沒有對空間上的更高維度進行描述。
1、如何看待這兩種差別比較大的高維度世界描述?
2、題主腦洞大開地設想一下,如果未來人類真的可以生活(在那種世界真的還能叫生活嗎=.=)在五維世界,那麼他們會是如何從我們這個四維世界進入其中的呢?


雖然我對《三體》系列的喜愛不亞於對《星際穿越》的喜愛,但還是要說,對高維空間的想像力,《死神永生》走得沒有《星際穿越》遠。

《死神永生》中的四維空間和三維空間共享同一個時間軸,所有的想像集中於對高維空間的描述。

而《星際穿越》中的五維時空和四維時空的時間軸是不同的。四維空間的時間軸在五維空間中變成一個空間軸。——這樣才有了改變歷史的可能。

這個設定非常考驗思維能力,一不小心就會陷入各種邏輯陷阱。而電影中的想像沒有出現任何邏輯漏洞,這是非常難得的。
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第二個問題是我一直想找地方回答的。主要的思考過程和結果原本放在
關於星際穿越的一個問題?影片是否有因果悖論? - 孫沛傑的回答
這個答案下的評論中,不過那裡說的極多,很多地方也不清楚。終於找到個總結的地方了。
(這裡主要是解釋五維空間。關於劇情的解釋請看如何評價 2014 年的電影《星際穿越》(Interstellar) ? - 梁亦聰的回答)

首先請看下面附錄中的「花瓶的故事」,在這個例子是《星際穿越》中五維時空的降一維的版本。希望這個版本更容易理解一些。

然後接下來是對於電影中五維時空設定的總結。
1.五維視角下的四維基本粒子(經典物理模型)
如果用三維空間中的一個點(x,y,z)來代表四維時空中的一個基本粒子,考慮到它隨時間t的運動,那麼在五維視角下,該基本粒子可以描述為四維空間中的一條一維曲線(x(t),y(t),z(t),t)。

2.五維視角下的宇宙
很多條這樣的一維曲線的總體就是五維視角下的宇宙模型
(1,2都是純經典模型,沒有涉及不確定原理等等量子概念。一來是我對它們的理解僅限於本科生課程,還沒有能力建立這樣的模型,二來覺得理清電影的時間線不需要涉及這些)

3.物理定律的限制:
1).物質不滅:在考慮的時間範圍內,每條曲線都是無始無終的。
2).物質不能憑空產生:四維空間中的任意三維超平面(t=t0)上,每條曲線都穿越它且僅穿越它一次。
3).光速:每條曲線在任意點處的斜率都小於光錐的斜率(即光速)。

4.把人也看成基本粒子
影片中不涉及人的分解等等,所以為了簡單,我們也用四維空間的一條一維曲線表示一個人(當然這個人的曲線是有起點和終點的)。

5.進入五維空間以後能做的事情:
1).擁有五維視角,能看到人的整條曲線,也就是他的一生。
*註:電影中的五維超空間存在空間上的視野限制,所以cooper只能看到書房內的空間、一切時間內發生的一切事情。
2).能對四維施加引力影響,比如讓書落地、控制灰塵等等。
3).能改變空間結構,比如形成黑洞、蟲洞等等。(其實我覺得這應該屬於引力影響的一種效果)

6.進入五維空間以後不能做的事情:
違背四維宇宙的物理定律,比如肉身進入這個宇宙。
*比如,cooper在沒有進入超空間的情形下,他的四維曲線是(x(t),y(t),z(t),t),他在(x(t0),y(t0),z(t0),t0)點進入超空間(電影中前三個空間坐標是黑洞內,時間坐標是68年後女兒臨終前),他在超空間對宇宙施加影響後,他的四維曲線變為(x"(t),y"(t),z"(t),t),則他從超空間出口必然是(x"(t0),y"(t0),z"(t0),t0)(電影中前三個空間坐標是土星附近空間站,時間坐標是68年後女兒臨終前)。

7.影片相關情節解釋:
開環的歷史。cooper進入五維空間看到了自己的四維曲線(位於書房空間內的一部分)。這條四維曲線的存在條件是他發了stay,發了坐標,沒發數據。如果cooper在五維空間做了同樣的選擇,那麼他沒有改變歷史,他出五維空間時仍在黑洞內(也許會掛掉。)

如果他沒發坐標,那麼他改變了歷史,及(x"(t0),y"(t0),z"(t0))並不在黑洞內,很有可能在地球上,那麼他出五維空間時也將在地球上,事實上在那個歷史裡他從沒去過太空。

影片中的他發了stay,發了坐標,也發了數據。因此同樣改變了歷史,此時(x"(t0),y"(t0),z"(t0))也不在黑洞內,而在土星附近(planA成功,cooper沒有進過黑洞)。

8.祖父悖論
若某人X進五維空間後操控引力殺死他的祖父,此時他修改了歷史,那些在原來的歷史裡組成他的基本粒子在新歷史里自然不會組成他了。因此X在出五維空間時即化成了那些分散的粒子(意識消散)。在這段歷史中,X的祖父很久以前被神秘力量所殺,X從未出現過。

9.五維空間到底是什麼?
在上面的解釋里,五維空間的入口和出口不在一處,而且根據改變歷史的方式,它的出口可以在宇宙各處,甚至是分散的(祖父悖論的例子)。
也許這並不真的是一個空間,而只是賦予意識五維視角和改變歷史能力的一個操作(怎麼像開天眼……)。

10.繼續開腦洞……
五維空間中進行改變歷史操作時四維時空中的時間是不流逝的。
黑洞的奇點出時間是不流逝的。
每個黑洞的奇點都是一個五維空間?
影片中的五維空間通往cooper的書房,明顯的人造痕迹。
宇宙中所有的黑洞都是人類為了改變歷史而建造的?

評論區有問必答~~
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附:花瓶的故事——嘗試解釋一下平行宇宙和第五維之間的關係


1.我們的主人公是一個1米高的花瓶。

2.這個花瓶有了一種奇怪的心智。

3.它對於它自己有了一系列並列的記憶。這些記憶是:
記憶0:{自己的底座},
記憶1:{自己0.1米以下的部分記憶0},
記憶2:{自己0.2米以下的部分記憶1},
...,
記憶9:{自己0.9米以下的部分記憶8},
記憶10:{完整的自己記憶9}。

4.從我們人類的角度看,這一系列記憶是同時存在的。但請記住,在這個花瓶的心智中,不存在「時間」這個概念。

5.注意這11個記憶是依次嵌套的關係。即序號大的記憶包含了所有序號小的記憶里的全部信息。

6.我們把這一系列並列的記憶叫做這個花瓶的一生。

7.對於花瓶來說,它自己可以總結出第5點。

8.重複一下,這個花瓶的心智中不存在時間概念。但是,對於它來說,高度h就起到了時間的作用。

9.這是一個白瓷花瓶。

10.有一天,我們把它刷成了青花瓷。注意:此時出現了時間的概念。(青花瓷不是刷出來的好像,不管了)

11.對於這個花瓶來說,11個記憶的內容同時完全改變。

12.它有了一個新的一生。

13.它用「平行宇宙」解釋這兩段在高度h上重疊,但內容完全不同的一生。

14.對於我們這種能理解第四個維度——時間t的人類來說,只是處於不同時刻的兩組並列的記憶罷了。

15.你可以按這個模型想下去,我們賦予花瓶某種程度的行動力,比如它可以通過發功讓自己變成青花瓷,或者直接把自己炸掉(都必須在它自己領悟時間t的概念以後才能做這些事兒)。

16.所有這些事情在我們的四維時空中都沒有邏輯漏洞,只需要引入一個有著奇奇怪怪心智的花瓶。

17.現在,我們四維時空的時間就是h,而第五維對應的是t。


1、首先個人更喜歡大劉的四維空間。下面說一下我對這兩種高維空間的理解:
大劉的描述的高維空間是典型的時空分離形式。在他的的體系中,空間一共有11維度,而時間是獨立的,他通過光速的值聯繫時間和空間。每提高一個空間維度,光速就增加。達到11維時光速無限大,這時時間失去了意義。時間僅僅是空間維度(光速降低)降低的一種補償。
星際穿越中的時空觀是時空一體的。時間成了一個觸手可及的「東西」。感覺有點low。。。。在時間維度裡面,通過重力傳遞信息。實際上星際穿越中的高緯度還是三維空間,加上了一個時間的東西。
2、第二個問題沒看明白。。也許是通過黑洞吧嘎嘎,也許通過韓國人?


個人不喜歡「時間是與空間軸平等的維度」這樣的設定。因為從物理原理來看,時間軸原本就不是與空間同一個意義上的「維度」,地位並不等同。所以死神永生裡面的更合理一些。


還是書里寫的靠譜一點。
空間維度就像我們看平面一樣,所有的二維表現都是平面,不存在形狀,所有二維意義上的時間空間都在無限大的平面上。這是我們三維看起來的樣子。我是不信高維看低維比如電影里能看到三維的庫伯的女兒。也許真的看到也是一團不知道什麼樣的東西總之什麼都有可能。電影里時間都有可能在維度成長里成為實體,憑什麼他女兒就還是三維里的樣子,還是三維里的書房?我覺得要按照三維看二維的樣子,應該是看到三維本質,比如人體的內臟或者分子結構了啥的。當然咱也知道維度不是這麼算的。

第二個問題看起來其實更簡單。
我弟弟的一張畫紙,有二維平面圖,好吧其實是很渣的畫。這張紙就是他構建的二維世界的宇宙。這個宇宙里有沒有生命,生命以什麼樣的形式存在,我們不知道。你要怎麼進入這張紙呢?
再換個角度,二維生物賴以生存的整個宇宙,只是我打算揉軟一點上廁所時當草紙的畫紙。
所以你怎麼敢這麼確定我們的世界不是高維空間里的開塞露……

手機碼字~以上~


大劉書中的維度觀念更貼近物理學一點,而穿越中的觀念更貼近大眾,相比而言單純從理論角度來講,時間並不是一個維度。


前兩天果殼有一篇好文說過一個問題,即時間不一定是高維度的一維。而電影吃虧就在於高維空間要做圖像表達,劇情又需要搞時空穿越。。。


理論上大劉的理論更淺,它是將時間劃分為能量層次上的解釋,而能量本質依舊是物質,在物質構成的層面上,時間是這條線,哎怎麼說呢,其實你們理解上錯了,主要媽的數學坐標三維概念錯了,xyz其實應該是圓表面上的坐標系,並不是真的直線,他們從原點出發歸於原點,時間也是,實際上我們並沒有在時間軸上前進,至少從四維角度看,我們的空間一直處在時間軸的某個點上,沒有前進沒有後退,那麼為什麼我們覺得時間在流逝呢?甚至還建立了時間,我們的時間意義是建立在空間下的時間概念實際上不是指時間那個維度,理解的了嗎?甚至生命如果沒有分子等更小物質的自由運動,理論上生命可以永生,因為沒有運動就沒有我們普遍上認為的時間,所以三維展開沒錯,但是應該是非直線的展開,沒有這條線框住時間,而是循環式的展開但是沒法做到在二維視角下描述,這點理解了就明白為什麼主角最終回到這個時空和她女兒說他為什麼回來了,詳細可以看我在星際穿越高位呈現的解釋,不會引用抱歉。


首先,沒人能知道高維度到底是什麼樣子。兩部電影中的所謂對高維度空間的刻畫也不過是導演的yy而已,主觀性很強,所以不必十分的較真。看個新鮮就好。另外,對於題主說說的「如果人類可以生活在第五維度「這一說法表示不是很贊同。我認為,人類本身就生活在多維度的空間里,只是因為我們自身的局限性,而感受不到其他維度,更不可能去影響其他的維度。這也就是為什麼在電影《星際穿越》里,主角身處高維度,可以看到女兒的時間線,卻無法影響她的原因。當然,最後他找到了運用重力的方法,可能也是揭示了解決現代物理學的瓶頸,將相對論與量子物理結合起來的關鍵所在。


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