深度科普：如果人類前往四維空間，會(huì)看到怎樣的世界？

首先聲明：我不是科學(xué)家，只是科學(xué)愛(ài)好者，傳播科普知識(shí)。但在科普之外，偶爾也會(huì)大膽放飛思想，進(jìn)行各種想象和猜測(cè)，畢竟科學(xué)也需要大膽的想象。而以下也只不過(guò)是我的一個(gè)小小想象，可能沒(méi)什么科學(xué)道理，但大家不妨娛樂(lè)一下！

首先，我們來(lái)塑造一位角色，就叫他A吧。

A生活在一個(gè)一維的世界，他有一棟屬于自己的一維房子，我們就稱它為“一維小屋”吧。

A先生最喜歡在自己的小屋內(nèi)散步，他對(duì)自己擁有的領(lǐng)地感到非常滿意。

他認(rèn)為自己的小屋設(shè)計(jì)很是出色呢！

有一天，在整個(gè)空間中，傳來(lái)了創(chuàng)世者的聲音：

“A！給你一個(gè)成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)，讓你擁有更寬廣的天地！我給你許多一維小屋，由你來(lái)安排！”

A先生興奮得不得了，于是，基于一維世界本能的理解，他著手改造空間，自以為有了更大的天地。

創(chuàng)世者沉默了片刻：

“庸俗！愚蠢！換個(gè)角度想想！”

A先生豁然開(kāi)朗！于是，他將眾多一維小屋緊密地排布在一起，意外地構(gòu)建出了一個(gè)二維的居所！

A先生因此變成了A2先生，他變成了一個(gè)平面。

他興奮得不得了，覺(jué)得之前的居所多么單調(diào)。

他甚至高興得開(kāi)始打圈！這是他從沒(méi)做過(guò)的事！

A2先生更愛(ài)在自己的居所里散步了，有這么一個(gè)屬于自己的空間，他感到非常快樂(lè)。

有一天，在整個(gè)空間中，創(chuàng)世者的聲音再次響起：

“A2！我再給你一個(gè)成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)，讓你擁有更寬廣的天地！我給你許多二維居所，由你來(lái)安排！”

A2先生興奮得不得了，于是，憑借對(duì)二維世界本能的理解，他對(duì)空間進(jìn)行了改造，自以為有了更大的天地。

創(chuàng)世者又沉默了片刻：

“庸俗！愚蠢！換個(gè)角度想想！”

A2先生豁然開(kāi)朗！于是，他將眾多二維居所緊密地排布在一起，意外地構(gòu)建出了一個(gè)三維的居所！

A2先生因此變成了A3先生，他變成了一個(gè)球體。

他興奮得不得了，覺(jué)得之前的居所多么單調(diào)。

他甚至高興得跳了起來(lái)！這是他從沒(méi)做過(guò)的事！

A3先生更愛(ài)在自己的居所里散步了，有這么一個(gè)屬于自己的空間，他感到非常快樂(lè)。

他甚至精心裝飾了自己的居所，讓自己看起來(lái)更像一個(gè)三維生物！

為了讓大家看得更清晰，A3先生把自己的居所墻壁換成了半透明的白色。

他甚至還為自己購(gòu)置了小床和小熊。他認(rèn)為這樣，更能讓同樣是三維的讀者們理解他，因?yàn)樗械胶芄陋?dú)。

有一天，在整個(gè)空間中，創(chuàng)世者的聲音再次響起：

“A3！我再給你一個(gè)成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)，讓你擁有更寬廣的天地！我給你許多三維居所，由你來(lái)安排！”

A3先生興奮得不得了，于是，憑借對(duì)三維世界本能的理解，他對(duì)空間進(jìn)行了改造，自以為有了更大的天地。

創(chuàng)世者又沉默了片刻：

“你還是那么庸俗！愚蠢！換個(gè)角度想想！”

A3先生豁然開(kāi)朗！但他也感到慌亂。

于是，他嘗試將眾多三維居所緊密地排布在一起，讓空間不斷重復(fù)堆疊，構(gòu)建了他從未敢想象的“四維空間”。

A3先生因此變成了A?先生，他無(wú)法用語(yǔ)言描述自己。

他震驚地四下張望。

他看到了居所的全貌，同時(shí)也置身于居所的內(nèi)部——是的！他可以同時(shí)看到完整的空間和內(nèi)部的細(xì)節(jié)！同時(shí)！

他試圖從不同方向?qū)ふ易约旱男⌒埽S距離和大小的概念已不復(fù)存在，從這個(gè)角度，他可以看到空間中重疊的無(wú)數(shù)小熊以及小熊的每一個(gè)切面！同時(shí)，他自己也置身于小熊的內(nèi)部！

A?先生感到一陣暈眩，決定躺在床上休息片刻。

他試圖看向床。

同樣的無(wú)盡細(xì)節(jié)，無(wú)盡切面，無(wú)盡重疊。

最遠(yuǎn)處，他能看到整個(gè)居所！但同時(shí)，他又置身于枕頭的內(nèi)部！同時(shí)，他又置身于小熊的內(nèi)部！同時(shí)，他又置身于枕頭內(nèi)一個(gè)棉絮纖維的內(nèi)部！他置身于無(wú)盡空間的疊加態(tài)中！

如果愿意，他能同時(shí)看到無(wú)盡的細(xì)節(jié)，也能看到一切的全貌！

“方寸之間，深不見(jiàn)底！”

A?的呼吸變得急促！他覺(jué)得空氣也被疊加了！每個(gè)分子每個(gè)原子，都同時(shí)無(wú)盡大又無(wú)盡小！他自己也是！

他甚至能看到自己身體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)！甚至置身于自己身體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中！——盡管這個(gè)空間沒(méi)有內(nèi)部和外部的區(qū)別。

A?先生震驚不已，同時(shí)又感到無(wú)比激動(dòng)。

他在四維空間中喊道：

“創(chuàng)世者啊！讓我看看五維空間吧！我想要知道五維世界是怎樣的！”

創(chuàng)世者沉默了片刻：

“算了，我的電腦已經(jīng)很卡了，回到三維吧。”

A3先生又變回了球體，居所還是他精心裝飾過(guò)的樣子。

他覺(jué)得剛剛的經(jīng)歷就像一場(chǎng)奇異的夢(mèng)，也覺(jué)得眼前的三維世界如同紙片一般單薄。

很多人對(duì)虛擬世界的概念感興趣，那么我們就把這個(gè)思維游戲做得更瘋狂一些！

1，容量計(jì)算

在數(shù)學(xué)上，比如我們用10米來(lái)表示一條線段的長(zhǎng)度，現(xiàn)在我們把10米定義為這條線段的“容量”。

那么，一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的二維平面，它的“容量”就是102=1010；

那么，一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的三維立方體，他的“容量”就是10=101010；

如果這個(gè)宇宙的數(shù)學(xué)是和諧而完美的，那么，我們不妨相信一個(gè)邊長(zhǎng)為10米的四維封閉立方體空間（這個(gè)描述不嚴(yán)謹(jǐn)，注意，這只是個(gè)思維游戲），它的“容量”就是10?=10101010。

我們來(lái)嘗試找一下 [103的三維立方體]*10，這個(gè)乘以的10米，在哪？

我們想象，把立方體的六個(gè)面，分別拉向?qū)γ妫簿褪敲總€(gè)方向的每個(gè)斷面上，都疊加了一層三維空間。而拉向?qū)γ娴倪@個(gè)距離，正好是10米。

我們來(lái)嘗試想象和感受一會(huì)兒這個(gè)空間致密的狀態(tài)，復(fù)雜的信息量，繁復(fù)的視野。

再看這個(gè)三維物體，真的“像紙片一樣薄”了嘛……

2，時(shí)間是什么？

許多人可能提到了時(shí)間，其他答案中也不免有人提到了時(shí)間。

我倒認(rèn)為，在討論這個(gè)問(wèn)題時(shí)，時(shí)間并無(wú)意義。

我們想象有一個(gè)二維空間，其中居住著紙片人，他們的生活也有時(shí)間概念，但把二維空間加上時(shí)間軸，并不能形成三維空間。

維度就是維度，時(shí)間就是時(shí)間。

那我們繼續(xù)思維游戲：時(shí)間是什么呢？

我認(rèn)為，因?yàn)槲覀兪侨祟悾覀儠?huì)死。我身邊的草木山石都會(huì)死。

海枯石爛終有盡。

我們觀測(cè)到的恒星也會(huì)死。我們觀測(cè)到的宇宙在膨脹。

萬(wàn)物，都在動(dòng)。

因此，時(shí)間有了意義。

我們總是提到時(shí)間。

想象我們是一種生物，我們是一張大膜，有智慧的大膜，有彈性的大膜，我們?cè)谟钪嫫瘘c(diǎn)時(shí)包裹著它，而后宇宙大爆炸，我們也隨著宇宙邊緣的膨脹，我們與某種“視界”相對(duì)靜止，我們永生，看到的一切也是靜止，那我們會(huì)不會(huì)永遠(yuǎn)意識(shí)不到時(shí)間這個(gè)概念呢？

3，雙縫干涉與費(fèi)米悖論

那為什么會(huì)有這一切？

直接說(shuō)吧，我認(rèn)為存在的一切都在一個(gè)虛擬的計(jì)算機(jī)中，這個(gè)想法可能真的合理呢~

想想雙縫實(shí)驗(yàn)啊，想想量子理論的一些內(nèi)容，想想波粒二象性這種不合理的事，或許我們的世界真的會(huì)因?yàn)橛^察與否，而被“優(yōu)化”——你觀察它，它就是粒子，它就有細(xì)節(jié)，有結(jié)構(gòu)，有規(guī)則；你不觀察它，它就是波，就是概率，就會(huì)被節(jié)省內(nèi)存。

為什么我們的世界是三維的？答案會(huì)不會(huì)是存儲(chǔ)的極限？

為什么光速無(wú)法超越？答案會(huì)不會(huì)是計(jì)算速度、讀取速度的極限？

為什么宇宙中的熵會(huì)增加？做過(guò)繪圖，建模，編程的人應(yīng)該都會(huì)有同感，文件越深化，越編輯，有序度必然會(huì)降低，混亂程度一定會(huì)增長(zhǎng)，很難降低。哪怕把工程文件整理得井井有條，后臺(tái)的數(shù)據(jù)也會(huì)產(chǎn)生更多的代碼。某種角度上看，這和宇宙中的熵增也許真的有幾分相似。拿正在做的一個(gè)工程文件舉個(gè)例子：

廣義相對(duì)論的空間彎曲，其實(shí)也是一種更符合物理建模規(guī)則的畫(huà)面。也許它相比引力更容易計(jì)算，從而節(jié)省cpu利用率。（也許不是，這完全是我猜測(cè)……）

創(chuàng)世者的電腦，也許真的會(huì)卡。

我們每個(gè)人和薛定諤的貓，和每一個(gè)微觀粒子，也許都是數(shù)據(jù)，都是建模。

思維游戲繼續(xù)。

這個(gè)模型是誰(shuí)建的？

人類是第一代宇宙文明嗎？在宇宙億萬(wàn)年的長(zhǎng)河中，意識(shí)的數(shù)碼化、虛擬化真的還僅限于科幻的篇章？

或許，早已是既往之事。

設(shè)想在那久遠(yuǎn)的太古，在某個(gè)我們不曾知曉的宇宙角落，人類可能因?yàn)樾请H間的沖突，抑或天災(zāi)人禍，又或者是我們根本無(wú)法理解的挑戰(zhàn)。生生死死，滅絕中重生。

終于，一代文明誕生了，他們提出了“數(shù)碼方舟計(jì)劃”，立志打造一場(chǎng)終極模擬！（我突然疑心自己繪圖繪到恍惚了……該死……）沒(méi)錯(cuò)！終極模擬！以此維系人類的心智。

他們以原子為磚石，構(gòu)建了整個(gè)宇宙的仿真。這個(gè)宇宙，和諧而壯美，富饒而寧?kù)o。

他們選擇了太陽(yáng)系作為搖籃，小心謹(jǐn)慎地將生命的程序嵌入地球這顆行星，并寄予我們繁衍生息的祝福。

那“模擬一代”的人類文明對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)和宇宙的未知危險(xiǎn)懷有深深的恐懼，他們沒(méi)有設(shè)計(jì)其他宇宙文明的出場(chǎng)，而是將整個(gè)虛擬世界獨(dú)獨(dú)留給了我們“數(shù)據(jù)一代”。

也就是你們我。

也許，這就是對(duì)費(fèi)米悖論的答案，這就是宇宙背后的意義。

這個(gè)宇宙，的確成為了我們的樂(lè)園。

在科學(xué)的極致深處，是否藏匿著知識(shí)的果實(shí)？

盡管我們覺(jué)得周遭充滿困擾，但“模擬一代”文明，可能正處于我們無(wú)法想像的苦海之中呢？

恒定的氣候，恒定的日照，恒定的大氣成分，恒定的身體機(jī)能，恒定的數(shù)學(xué)與物理規(guī)則，乃至恒定的空間。這些可能已是奢侈品，只是我們?cè)缫阉究找?jiàn)慣。

2，游戲結(jié)束

我明白網(wǎng)絡(luò)上高手云集，可能會(huì)從我的幻想中揪出無(wú)數(shù)疏漏。但請(qǐng)記住，這僅僅是幻想，一場(chǎng)游戲罷了，不必過(guò)于較真。

其實(shí)細(xì)想，虛幻與真實(shí)，無(wú)非是相對(duì)而言。

我們感覺(jué)火的炙熱、冰的寒冷，品嘗到烤肉的美味、辣椒的刺激，感受到家人的關(guān)愛(ài)與我們對(duì)家人的深情。

這樣便足夠了。

在我們的領(lǐng)域內(nèi)，這一切就是真實(shí)的，不是么？

就算我們真的僅是一串串代碼，這也并非悲哀。

井底之蛙也有它的春夏秋冬，有屬于它的溪流與青苔，它的世界一樣精彩。