在多维空间里放屁的人，自己闻不到臭味？

【本文转载自狂丸科学】

你有没有想过，在我们熟悉的三维空间之外，是否真的存在维度更多的空间？

如果真有其他维度存在，它们能帮助我们做什么，能抄近路去遥远的天体吗？其实有些很吸引人的理论，认为更高维度的空间是有可能存在的。

今天我们就通过《一想到还有95%的问题留给人类，我就放心了》这本书，聊聊多维空间这件事。

什么是维度？ 

要讨论这个问题，我们要先明确地定义维度。

很多科幻小说、电影中的维度通常指平行宇宙，那里与我们的世界相隔绝，有自己独立的运行规则，但科学家们说的维度可不是这个意思。

在物理学和数学领域，维度指的是运动的方向，想要了解这个概念并不难，首先你需要在纸上画一条直线，那么沿着这条线进行的运动就叫作一维运动。

如果生物生活在一维世界中会很枯燥，因为它们的生活只有前进和后退两个选项，像串起来的糖葫芦，永远无法摆脱同一位邻居。

说完了「一维」，接下来请再画一条直线，与之前一维的那条直线垂直。那么在这样两条直线决定的平面上的运动，就是二维运动。

现在，我们已经描述了一维世界（线）和二维世界(平面）。

要获得第三个维度，你只需要再画一条与前两条直线分别垂直的直线。第三条直线延伸的方向，就是平面的上方和下方，如下图中的3。

这就是维度的含义：每个维度都代表一个独立的运动方向，独立的意思是，你在某一个方向上的运动与其他方向上的运动无关。

三个以上的维度可能存在吗？ 

前面提到的三个维度，涵盖了我们熟悉的所有运动方向：上下、左右和前后。

在三维世界里找不到和这三个方向都垂直的第四个方向。这样看来，我们的世界就是三维的。那么我们的世界有可能存在三个以上的维度吗？

其实至今物理学家都无法解释这一问题，你可能会想，如果这个世界真的存在其他维度，那你一定能感受的到。但恕狂丸直言，这个想法你的大脑可能不同意。

人脑是以三维的模式感知世界的，这有利于我们生存，但并不表示我们可以感知这个世界的一切，比如你对光线很敏感，但你感觉不到也注意不到那些围绕着你的暗物质。

被暗物质包围着的地球想象图

图片来自维基百科

举个例子，如果你是个生活在二维平面中的二维物理学家，你像书上的字一样被困在纸上，那么你的感知也会受到二维平面的局限，你看不到平面以外的东西。

因此，你意识不到你所生活的扁平世界飘浮在一个三维世界里。同样，我们生活的这个三维世界也可能飘浮在一个更高维的空间里。

说不定四维、六维空间里的物理学家一直都在观察我们，嘲笑我们的狭隘，就像我们嘲笑那些被圈住的蚂蚁一样。

那么话说回来，我们的世界有可能存在三个以上的维度吗？答案只能说是：我们感知不到的维度是有可能存在的，那是我们完全不熟悉的维度。

如何理解思维空间？ 

尽管如此我们还是可以设想一下，如果在三维空间的基础上添加一个维度，那么在这个新维度上，运动会是什么样子？

当然，我们很难想象三维之外的运动。这时候为了便于理解，我们需要先降低一个维度再思考。

假设我们实际上是二维人，然后我们突然发现自己可以在三维世界中移动。

其实就算你是三维世界中的二维人，你的二维身体仍旧只能在三维世界的二维「切片」中，思考和感知一切。

通常情况下，这就是你的极限了。不过，如果你忽然获得了在第三个维度中活动的能力，你就可以出现在三维世界的不同切片中。

你的二维感知系统和二维世界观意识不到第三维中的运动，但是如果不同切片中的事物看起来不同，你会发现自己所处的二维切片变化了。

如果你可以打破原有的二维空间概念，发展出三维空间概念，那么你可以把所有这些二维切片的景象拼接成一个更大的三维世界。

现在，我们用这个方法推断四维空间的情况。如果世界确实有第四维，而你忽然可以在该维度上运动了，那你就能观察世界是如何沿着第四个维度变化的。

在沿着第四维运动时，你会发现周围的三维世界在发生变化。如果你拥有过人的智力和想象力，你就可以将所有的信息在脑内整合成一个四维模型。

从某种意义上说，你已经在做这件事了。如果你认为时间是第四维的运动方向，那就更是如此了。

你身边的三维世界会随着时间的推移而变化，你可以在头脑内将不同时刻三维空间的定格图像缝合在一起，形成一个四维世界。

维度更多的空间在哪里？ 

如果除了时间以外真的有第四维,那为什么从来没有人看到过它？

首先可以肯定地说，不存在和其他三个空间维度相似的第四个维度。其他维度即使存在，也是以某种隐秘的、难以捉摸的方式存在。

科学家们认为有这样的可能：我们已知的所有力和物质粒子都无法进入这些维度。

或者只有某些特定的粒子可以进入更高的维度，这些粒子比其他粒子更稀有、更难研究，也更难被发现。最重要的是，更高的维度也可能因为自身的特点而不易被发现。比如这些维度可能是弯曲的，可以构成小的圆圈或环。

假如这些维度非常小而且是环状的，只有少数特定的粒子可以进入。在三维空间中的我们看来，物体在这些小的环形维度中的运动所引起的变化并不大，这样看来，那为什么从来没有人看到过它似乎也得到了解释。

虽然我们仍无法确定更高的维度是否存在，我们是否生活在有三个以上空间维度的宇宙中，但从物理学上讲，宇宙是可能存在高维空间的，而且最令人兴奋的是，我们有可能发现它们。

在多维空间里放屁自己闻不到臭味？ 

物理学家之所以认为更高的维度可能存在，一个重要原因是，它们的存在有助于揭开另一些宇宙之谜。

我们都知道，在四种基本作用力中，弱核力、强核力和电磁力之间也有一些强弱差异，但是在引力面前，它们都是肌肉发达的超级英雄。

物理学家真的不想看到这种不一致性。而更多的维度或许可以解释，为什么引力比其他作用力弱得多。

大多数作用力随着距离的增加会变弱，变弱的速度取决于空间维数的多少。空间的维度越多，被稀释到其他维度的力也就越多。

打个比方，如果有人在派对上放了个屁，那么离放屁的人越近，你闻到的臭味就越浓。而在远离罪魁祸首的地方，臭气分子会散布到空气中并被稀释。

换一种情况，如果这个人在狭长的走廊里放屁，那么走廊里的每个人都会闻到很浓的臭味。

但如果此人站在几条走廊的交叉处放屁，那么臭味会沿着不同的方向扩散，各个走廊里的人闻到的臭味会少一些。臭气的稀释速度取决于新鲜空气补充的速度，走廊越多，新鲜空气就越多，稀释的速度也就越快。

那引力是否真的像走廊里放的屁一样，被稀释了呢？现在我们还不敢肯定。更多维度存在的可能及其对引力的削弱作用，目前还停留在理论层面。但令人惊讶的是，我们其实有办法寻找其他维度。

寻找新的维度？ 

粒子对撞机其实可以帮助人们检测到其他维度。

如果一个微小的粒子不仅仅出现在我们熟悉的三维空间中，它也可能同时在其他维度中运动，如果它在其他维度中运动，就意味着它在那些维度中是有动量的，也就是说它有额外的能量。

根据爱因斯坦的理论，质量和能量紧密相关。你会发现，这个粒子比那些没有在其他维度运动的粒子更重。

这就是我们利用粒子对撞机探测其他维度的方法，如果能找到一组符合规则的粒子，我们就可以证明更多维空间的存在。

不过，到目前为止，对撞机还没有发现任何黑洞以及任何在其他维度中运动的粒子。换句话说，现在，我们还是不知道宇宙空间究竟是几维的。

也许，还有这样一种可能：宇宙中的不同区域具有不同的维度，我们这一小块空间是三维的，但宇宙的其他地方存在更多维度的空间。

不过，至少有一点是很清楚的：宇宙还有很多秘密有待我们去发现。