资讯推荐:降维打击的神奇原理——兼谈空间维度

作者：郭军

【掩体纪元67年,“星环号”】

【资料图】

“打击警报出现了吗?”程心问，曹彬点点头。

……

“为什么还不进掩体?!”AA指着舷窗外的太空城组合体问。

“没有必要了,掩体没用。”曹彬垂下眼睛说。

“光粒现在距太阳有多近了？”程心问。

“没有光粒。”

“那你们发现了什么？”

曹彬凄惨地笑了起来,“一张小纸条。”

这是著名科幻作家刘慈欣系列科幻小说《三体：III死神永生》中在“掩体纪元”的开启段落。地球坐标被暴露后，外星文明歌者向太阳系发射了一片“二向箔”,把太阳系由三维空间降维至二维空间，所有的星球和星球上的立体物都被压扁为没有厚度的平面图画，生命体也就随之全部被毁灭了。这个打击方式被读者命名为“降维打击”，后来这种说法在商业领域得到快速传播，又被用于形容一种商业思维，即拥有高端技术的群体直接进入低端技术群体的领域，对后者形成碾压式的打击，类似于恃强凌弱、以大欺小和技术碾压。

其实早在四十年前的美国科幻大片《超人2》中，就出现过类似的情景：三名叛军将领被压缩进一块平面晶片中监禁，流放到外太空。在进入太阳系后，因氪星爆炸冲击导致晶片破裂，三人被释放出来，于是就来到地球上寻找超人复仇。这个场景可以称为降维打击的雏形，所不同的是，影片中人体被压缩到二维平面内生命尚存，所以并不是绝对意义上的“降维”，而可以视为“缩维”。

空间维度是一个常见的物理概念，直观的解释就是，一个图形的维数可以认为是一个人要想达到这个图形中所有的点，需要运动的所有不同方向的数目。例如：零维空间，可以理解为一个无限小的点；一维空间，可以理解为一条直线；二维空间，可以理解为一个平面（有表示长宽的X轴和Y轴）；三维空间，可以理解为一个立方（有表示长宽高的XYZ三个轴）。那么四维空间是什么样的呢？

* 零维到四维的概念图示

四维以及更高维度的空间目前还只是纯理论概念，最早由十九世纪的德国数学家黎曼创立的黎曼几何提出。爱因斯坦建立广义相对论的时候，就受到了黎曼几何的启发，并且引入了它的具体概念，以解释四维空间当中的几何结构和物质分布运动是存在“密切联系”的。

简而言之，四维空间，也叫做“欧几里得四维空间”，是一个数学概念，也可以拓展到n维；四维空间的第四维指与x，y，z同一性质的空间维度。但一般人提到“四维空间”时，却经常会把它单纯理解成爱因斯坦在相对论中提及的“四维时空”（又叫做“闵可夫斯基空间”），二者其实不是等同的关系。

“四维时空”中的第四维专指时间，许多科幻作品中的“时间旅行”、“穿越”等场景就是基于这一科学原理。按照爱因斯坦《相对论引论》中的论断，时空在接近光速的时候才会发生变化。因此，只有在运动速度达到光速或者是非常接近光速时，人类才有可能进入四维空间（其实是四维时空），而这是在可以预见到的未来仍然不可能发生的事情。

人类所处的空间是三维的，可以把三维空间理解成无限多平行平面（即二维空间）的堆积。四维空间则是一个需要四个不同方向才能到达其中所有点的空间，这种空间也可以认为是无限多平行的三维空间的堆积。要理解这个概念，可以想象一下把一张张二维纸张并列叠起来的过程。如果不把它们一个个堆叠起来，这些纸张就不会延伸进三维空间。以同样的方式，要想进入四维空间，就必须向一个新的方向运动，这个方向必须是在三维空间以外的。也就是说，四维空间可以被认为是“运动的三维空间”。

物体（包括生命体）从高维度空间进入低维度空间，必然会进行结构重组，被低维度空间同化，遭到彻底的改造和伤害。例如三维空间的人体“二维化”后，就会被压缩成没有厚度的薄片，失去了生命，因此，“降维打击”一说是有一定科学道理的。但是“降维”攻击是使三维物体“坍塌”到二维，可以想象，这个过程必然需要消耗极其巨大的能量。《三体》中对于降维打击所需的能量来源是缺乏描述的，只是泛泛地说，“歌者”从长老那里求得了一块二向箔，通过接近光速的飞行器发射到了太阳系内，然后就完成了全面打击，“奇幻”意味十足。

而从低维度空间进入高维度空间，也是一个充满想象力的运动。以目前人类的认知和科技水平，我们还无法进入到真正的四维空间，有太多的现象无法预测，但这并不妨碍科幻作家对此进行想象。可以比较肯定的是，低维度物体本身不会受到伤害，例如，一个纸片人被摆放到三维空间内，依旧可以维持它的形状和“生命”（如果有的话）。

在高维世界中，低维度物体可能处于对高一级维度“可望不可理解”的处境，就好比地面上的蚂蚁仰望人类世界，无法理解人类的活动和建筑到底有什么意义。如果三维世界的人类能够进入四维或更高维度的世界，必然会对高维空间内的现象和物体茫然无知。然而，在高维世界回望其同维度世界会有意外的收获吗？

在科幻大片《星际穿越》中，宇航工程师库珀在其飞船进入黑洞被毁，自己弹射逃生后，发现自己身处一个非线性流动的第五维度超正方体。在迷茫的漫游之中，库珀竟然看到了三维世界中的女儿墨菲，于是他把取得的黑洞数据以引力波的方式透过女儿的手表传送给她。成人墨菲在回忆此事时终于发现了父亲的讯息，完成了布兰德教授的方程，使人类得以离开地球，前往环绕着土星运行的空间站居住。这个科幻片段寓意着：处于高维度空间内的生命体对其同维度空间内的事物也许会有意外的观察或沟通通道。

* 电影《星际穿越》剧照

如果人类能够在高低维度空间之间来去自由，例如，在三维和四维之间往返运动，将会颠覆对很多物理规律的认知。一个浅显的比喻是，三维世界的人可以很轻松的从高度维度上抓取在二维纸面上爬行的一只蚂蚁，而这只蚂蚁到死也不会明白自己为何怎么努力也无法逃脱上方的魔爪。在《三体：III死神永生》开篇故事中，君士坦丁堡女魔法师狄奥伦娜意外地进入了某个四维空间坠入三维空间的碎片，从而可以从第四维度随意进入三维空间的任何地方，轻而易举的拿取了密室中的圣杯，甚至可以轻松取出人的脑髓而不破坏颅骨。从某种角度来说，进入四维空间的“人”已经不再是普通意义上的“人”了，而是变成了更高级的四维生物。那么，人类是否有一天真的能达到这样在各种维度间穿梭自如的程度，让我们一起拭目以待。

本文来自： 中国数字科技馆

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