趣谈十维空间

趣谈十维空间

司宝红

如果有人问你，我们生活的空间是几维的呢？你一定毫不犹豫地回答：三维！但是超弦理论认为，我们过去关于空间的观念都是错误的，空间正在以一种陌生得令人惊讶的方式活动着。物理学家不断努力，试图建立大统一理论，用一个规律来解释所有现象，这个“万物至理”的理论就是超弦理论，它描绘出了宇宙大统一的图景——一个极具神秘色彩的十维宇宙。超弦理论认为，不存在粒子，只有弦在空间运动，各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。 弦的运动是如此的复杂，以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹，必须有高达十维的空间才能满足它的运动。

这似乎非常不可思议，不过，认真想起来，高维空间的存在完全是合理的。我们可以举一个三维世界和二维世界的例子。首先假设有一些生活在二维平面世界的生命，它们的世界里只有长和宽，根本无法理解第三维——“高”这一维。因此，它们对三维世界的感知只限于三维物体在平面世界的投影，或者三维物体与平面世界的接触面，试想一想，一个平面生命怎么能够通过投影来想象三维物体的丰富性和完整性呢？当三维物体与平面世界接触时，三维物体在平面世界上的零碎片段，比如一张桌子的四根脚柱、人印在地面上的两双鞋印，更让平面生命摸不着头脑——这些拼不到一起的碎片究竟意味着什么呢？它们不能想象，四片互不相连的印迹怎么会构成一张完整的桌子呢？那断断续续的鞋印上怎么会有一双完整的鞋呢？而且，鞋的上面竟然还有一个更加完整的人！用二维的眼光来打量这些碎片，你永远不可能将它们拼成一个整体。于是有一天，一个足智多谋的平面生命偶然想出一个绝妙的主意，它宣布，平面世界之外还有一个“向上”的第三维，如果顺着这些碎片“向上”看，其实碎片是一个完整的整体！这真是个惊人的见解，大多数平面生命都困惑不解。就像我们生活在三维空间里的人类一样，难以理解空间竟是十维的。那么你又会有疑问了，既然是十维空间，除了长宽高和时间这四维，另外几维又在哪里呢？

为了看清这一点，可以举一个水管的例子。我们知道，水管的表面是二维的，但是当我们从远处看它时，它却像是一维的直线。这是为什么呢？原来，水管的那两维很不一样，沿着管子伸展方向的一维很长，容易看到；而容易绕着管子的那一个圆圈维很短，“卷缩起来了”，不容易发现。你必须走近水管，才能看清绕着圆圈的那一维。假如管子很细——像一根头发丝或毛细管那样细，要看那卷缩的维可就不那么容易了。

超弦理论还给我们带来一个更加令人震惊的结果：我们的空间结构居然是离散的，而不是连续的。在我们的日常经验中，空间和时间总是无限可分的，但事实却大谬不然。空间具有一个最小的、不可分割的值，这个不可思议的现象会导致什么样的结果呢？我们很容易想到：我们宏观的空间结构是由一份份最小的空间包组合起来，在这一份份的空间包中间，极有可能存在着我们无法探测的空间裂缝。所谓“虫洞理论”中在空间中凿开一个洞口的设想，从理论上来说真的是可行的，这就是寻找相邻空间包之间的裂缝，然后用难以想象的高能量轰开这个裂缝，一个虫洞就出现了！只要我们有足够的能量，我们可以在任何地方凿开一个虫洞！那么，“虫洞”是什么呢？借用霍金的说法，“虫洞”就是时空隧道，它能扭曲空间，可以让原本相隔亿万公里的地方近在咫尺。

现在，人类从地球航行到最近的一个星系，动辄需要数百年时间，但是，未来的太空航行如使用“虫洞”，那么一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方，不仅如此，人类还可以“穿越”到过去，只是，还有一件事情比较麻烦，试想，如果你在“过去”遇到自己了，又该是怎样的情境呢？