人生哲理99條（61）：空間的邊界可以感知

 

宇宙是否有邊界，這個無法避免的奇點，給宇宙學家帶來了令人不安的嚴重問題。特別是，奇點與宇宙在大尺度上所展示的高度均勻性及各向同性似乎有矛盾。由於宇宙在大尺度上到處都相同，因此在相距遙遠的區域之間，必以某種方式傳遞信息，以協調彼此的性質。然而，這與舊的宇宙學規範相抵觸，因為我們舊有的知識認為我們處於三維空間，或四維空間。

 

四維空間是一個時空的概念。簡單來說，任何具有四維的空間都可以被稱為“四維空間”。不過，日常生活所提及的“四維空間”，大多數都是指愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的“四維時空”概念。根據愛因斯坦的概念，我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關係，是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸，而這條時間的軸是一條虛數值的軸。四維空間就是指包括時間A和由長X寬Y高Z組成的包括三維空間在內的空間。假如我們走在一條狹長的隧道裏，我們能走出隧道的方向隻有兩個――前與後；而當我們在走空曠的田野裏走時，我們就會有四個方向――前、後、左、右；而當我們的宇航員在太空中表演太空漫步的時候，他的方向將有六個，前、後、左、右、上、下。那麽在什麽地方我們能找到第七個方向和第八個方向，即第四對方向呢。當然，那隻有在四維空間裏才能找到。

 

一個有限無界的一維空間是什麽？一個圓周。請注意這個圓不能理解為二維圖像，也就是說你是一隻螞蟻，隻能在圓周這條線（一維空間）上活動。一個有限無界的二維空間是什麽樣子？一個球麵，你同樣是一隻螞蟻，隻能在球麵上爬行。從一維空間和二位空間的有限無界可以推測，一個有限無界的N維空間所構成的空間，包括其內部一起又構成了一個N+1維空間，比如一維的有限無界空間是個圓周，包括其內部構成個圓麵，二維的構成個球體……那麽，我們生活的空間是三維空間（暫且這麽認為），那麽一個有限無界的三維空間是什麽？不好想象，因為我們的思維是建立在三維空間裏的，我們所處的任何一個界麵，都是三維空間的邊界，也可以簡單理解為宇宙的邊界，當然，你需要在三維空間之外來感知。

 

在過去的一百多年裏，物理學家已經發現了一連串越來越小和越來越基本的物質組成單元。這些研究成果最終被總結成為標準模型：輕子（象電子和中微子）、誇克以及將這些粒子捆綁在一起的電磁力、弱相互作用力。但是，標準模型並不是故事的結局，因為它實在是太複雜了，它本身並不能解釋一個比元素周期表還要複雜的基本粒子表以及它們之間的相互作用力。量子力學和廣義相對論是二十世紀兩個非常成功的理論，但令人驚訝的是這兩個理論在現有的框架下是相衝突的。量子力學認為沒有任何東西是靜止不動的，任何東西都有起伏漲落（測不準原理），雖然如何用弦理論來說明宇宙大爆炸的初始奇點仍然是一個沒有解決的大問題，但上述衝突的關鍵點，是人類自己無法擺脫自己舊有的思維方式，也就是感知能力的限製。

 

我們肉眼看到的三個空間維數正在膨脹，由此可以推測它們曾經是很小和高度彎曲的，也許存在於我們觀測到的三個空間維數垂直的其它空間維數，這些額外空間維數曾經是但現在仍然是很小和高度彎曲的。如果這些維數的尺度是夠小，以我們現有的觀測手段仍不是以直接推測到，但是這些維數仍將以許多間接的效應表現出來。在弦理論中，由於弦的延展性（一維而不是一個點），引力和光滑的時空觀念在比弦尺度還小的距離下失去了意義，時空量子泡沬由“弦幾何”代替了。在低維中觀測到的不同粒子也可能是同一種粒子，在額外維數空間中，它們都是同一粒子不同方向的運動的表現。因此，對於我們這個宇宙更完全的認識應該是：我們的宇宙空間是一個11維空間。在這個扭曲時空裏麵，我們人類自己作為三維的物體與思維，是無法感知的，但如果一旦你開始感知這樣一個11維空間，你的感知能力就已經超越了自己。