星際穿越：人類進入五維世界會怎樣？

如果不考慮時間，我們生活在三維世界。星際穿越中，最後男主進入黑洞後處在五維空間（其實我猜是四維空間加一維時間的意思）。我認為人類無法在二維空間內生存，因為人一旦進入二維空間，就被拍扁了，從生理學角度人是必死無疑的。那麼人進入四維空間會怎樣？還能正常生存嗎？會不會撕裂什麼的？

三體之《死神永生》中有一段關於萬有引力號追擊藍色空間號，反被藍色空間號上的人進入第四維徹底佔領的故事。這一段寫得驚心動魄，同時也展示了從高維空間中看三維的非同尋常的美麗和複雜：

「我們進去吧。」褚岩說，然後像跳水似的鑽進了那個空間。莫沃維奇和關一帆驚恐地看著他的身體從頭到腳消失在空氣中，在空間無形的球面上，他身體的斷面飛快地變換著形狀，那晶亮的鏡面甚至在周圍的艙壁上反射出水紋一樣跳動的光影。褚岩很快完全消失了，正當莫沃維寄和關一帆面面相覷之際，突然從那個空間伸出兩隻手，那兩隻手和前臂就懸在空中，分別伸向兩人，莫沃維奇和關一帆各抓住一隻手，立刻都被拉進了四維空間。

……

人們總是喜歡用這樣一個類比：想像生活在三維空間中的一張二維平面畫中的扁片人，不管這幅畫多麼豐富多彩，其中的二維人只能看到周圍世界的側面，在他們眼中，周圍的人和事物都是一些長短不一的線段而已。只有當一個二維扁片人從畫中飄出來，進人三維空間，再回頭看那幅畫，才能看到畫的全貌。

假如真的存在高維，例如第四維，我們這些「可憐」的三維生物到底能不能進入？

答案，根據物理學，如果不是不可能，也是異常困難的。

為什麼困難甚至不可能？我們首先回顧一下三體中提到在四維空間傳播無線電信號的問題。在四維空間中，無線電信號隨距離比三維空間中要衰減得厲害得多。

根據能量守恆，信號強度乘以距離的三次方是不變的，這裡，距離的三次方就是四維中三維球面的「面積」（忽略一個常數）。所以，在四維空間中，信號強度與距離三次方成反比。而在三維空間中，信號強度是與距離平方成反比的。這是因為，三維中的二維球面的面積與距離平方成正比，那麼信號強度乘以面積是一個不變數，這是能量守恆定律。實驗表明，在我們的世界中，信號強度確實與距離平方成反比。

也許你會說，在四維空間中能量也許是不守恆的。好吧，我們退一步接受你的說法，在四維空間能量不守恆。能量不守恆的結果是很可怕的，這是因為，在物理學中，能量是與時間有關的。如果能量不守恆，物理學定律會隨時間變化。也就是說，一個在四維中的人，下一個時刻的體積和體重會劇烈變化，等等。我們還是不要接受這種可怕的假定。

好，接受了能量守恆定律，你就得接受信號強度在四維空間中與距離立方成反比這個結論。比如，我們從遠處看一盞燈，燈會隨著距離迅速暗下去，比在三維空間中暗下去的速率要大。

我們都學過庫倫定律。這個定律說，兩個電荷之間的作用力也隨距離平方成反比，這和信號強度類似。其實，這兩個定律的起源是一樣的，因為兩個電荷之間的作用力是通過電磁場傳遞的。（如果你學過力學，你還知道，兩個電荷之間的勢能與距離成反比，而力是勢能的導數，所以與距離平方成反比。）我們還知道，牛頓的萬有引力定律告訴我們，兩個質量之間的萬有引力也與距離平方成反比。其實，物理學家早就知道了，在三維空間中，所有長程力都與距離平方成反比。

那麼，四維如何呢？前面我們已經知道了，在四維空間中信號與距離立方成反比，所以，四維空間的庫倫定律就是：兩個電荷之間的力與距離立方成反比。

這下就糟了，學過一點力學的人可以計算一下，如果兩個電荷之間的力與距離立方成反比，質子與電子形成的束縛系統——氫原子，是否還是穩定的？結論很悲觀：只要給一點擾動，這個「氫原子」很快消失，不是電子逃逸了，就是落到質子上去了。

那麼，量子力學告訴我們什麼？結果更加糟糕，除非電荷被調到一個與質量有關的固定值，氫原子的束縛態根本不存在！也許，只是很少的物理學家知道這個結果，但任何學過量子力學的人自己都可以簡單地計算一下，束縛態不存在。

現在回到藍色空間號。我們問，當這艘被追擊的星艦進入四維「氣泡」時，它會怎麼樣？答案很清楚，立刻灰飛煙滅。這是因為我們人的身體是由分子原子構成的，而分子原子之所以成為分子原子是因為原子核與電子之間的電磁力。分子原子進入四維空間就不存在了，人當然也會隨之解體。當然，三維人更不可能通過翹曲點進入四維空間。

我們可以問一個更深的問題。假如電磁學只在三維空間中成立，當三維空間與四維氣泡連接時，會出現什麼現象？一種可能是，電磁學完全被囚禁在三維里，電磁場不能進入四維空間。這種情況確實出現在超弦理論中，三維空間是一個三維膜，三維膜上的一些物理場被囚禁在膜上，不能進入四維空間。

那麼，人身上的的分子原子可以進入四維空間嗎？在弦論中，一般是假定進入不了的。當然，我們可以假想分子原子中的原子核和電子可以進入四維空間，那麼我們問，電磁場能進入嗎？我還沒有看到一個自洽的理論說電磁場不可以進入，如果這樣，人還會解體。

一種辦法是，讓分子原子與電磁場永遠囚禁在三維中，但讓這個「三維體」隨意進入四維，這就要求我們發明強大的機器來實現：這有點像我們在三維空間中拉扯皮球的皮，但沒有強大的能力是做不到的。

最後，順便談一下其他維。二維如何？既然三維中庫倫力與距離平方成反比，那麼在二維中庫倫力與距離成反比。其實，二維中的束縛態的尺寸非常小。如果我們二維化了，不見得會變大，很可能會塌縮，而且，二維中的質量會導致二維空間閉合——這是另外一個話題，今天不談了。

更高維的空間呢？只要高於三維空間，庫倫力導致的束縛態都是不穩定的。也就是說，在四維和四維以上的空間中，不存在原子，也不存在穩定的太陽系和美麗銀河系。

所以，三維空間的存在不是無緣無故的。你問我為什麼，我不知道，也許上帝希望有一個穩定的太陽系，有一個美麗的銀河系，並且，有智慧的人類。

via.李淼老師，侵刪。

關於五維的空間：

記幾年前在一本叫做《推理的迷宮:悖論謎題及知識的脆弱性》的書里看到過（當然並不是此書作者首次提出的）一種假設，有助於大家
理解這個五維的空間。

我們想像這樣一種人，他們生活在同一個二位的空間里，我們稱他們為「紙片人」，紙片人們從來不知道自己生活的平面以外是什麼樣的，所
以也不知道三維的人（我們）在觀察他們，有一天，我們把一個二維的人從他們的平面里拿出來，放到另一個平行平面，這個人對於其他紙片人來說就消失了，也就
是我們常常認為的「穿越」了，這時候，他是看不到自己原來生活的平面的。

（以上是假設，以下是我的類比論證）

然而，在這種情況下，這個紙
片人是被我們放在了一個和原先平面平行的平面里，可是如果我們將這個人放在了一個和原來平面垂直的平面上，這個人就相當於可以同時觀察到好多個相互平行的
平面了，這是他之前不敢想像的。我們假設，在我們世界裡，時間這個無法往複的量在他們那裡就是高度，也就是說，在不同的高度，有著同一個紙片人的不同形
態，（在我們這裡，就是不同時間，都有一個不同狀態的你和我），紙片人無法在高度間遊走，我們無法在時間中往複。那麼現在好了，這樣一個紙片人在垂直的平
面（一個四維空間）里「看」到了不同高度的自己和自己的朋友們，這不就是影片的男主在那個書架後面的五維空間里在經歷的事情嗎？一個三維的人，從四維的生
活中來到一個五維的世界，往返於不同時間（這個原本是無法跨越的量）之間，就好像二維的紙片人從三維的生活中來到四維的世界往返於高度之間。

也不知道是解釋清楚了還是越說越亂，不想說明什麼，只是想表示一下電影里的這個場景讓我終於想像出了高一維的「這種」事情。

至於到底是有一種五維的生命在幫助他們還是他們自己造出的五維空間，這無所謂，一個紙片人不小心掉出自己的平面來到一個垂直的世界，也不是不可能。

進入二維會損失三維的特殊屬性並且釋放龐大的能量，這股能量會摧毀那個二維空間。進入高維理論上不是不可能的，第一種是需要吸收龐大的能量和大量的高維世界的基本粒子（粒子是把自身組裝成高維體的原料，能量用於材料的結合，因為我不確定高維是不是原子世界），這股龐大的能量和物質應該是無窮大的，試想一下要把一個紙片人變成三維世界的人物；第二種就簡單和合理多了，人類如果意識可以脫離軀體獨立存活的話（為什麼這麼說，我感覺意識和電池裡的電一樣，在電池裡可以儲存但是脫離了電池就會瞬間消散）低維進入高維會脫離原有軀體，意識進入到高維生物的軀體內，佔據還是共存還是奴役就不好說了，反正最少能依附在上面，達到轉化的目的，但是這個事件的基本前提是1高維生物軀體是兼容低維意識的2低維意識殘存的能量可以影響或者支配高維軀體否則就會導致意識存在於軀體但是卻不能看不能說不能感覺甚至不能思考猶如沉睡一般也挺可怕的，之後的可能性太多諸如僅僅被當做能量消耗了或者可以與原宿主意識融合或者借用宿主意識的能量產生自我意識我就不說了