星际穿越

●文/泥藕*王小东

由诺兰执导的科幻大片《星际穿越》中，五维世界的“幽灵”一直在以某种方式向库珀的女儿墨菲传送信息，比如让书架上的书按某种编码规则掉下来，或者通过沙尘暴让落在地上的沙尘显示出以二进制编码组成的条纹等等。片中的教授说：在五维世界，时间变成了有形的，去到未来好像爬上一座山峰，而回到过去如同下到一个山谷。

后来发现，所谓的五维“幽灵”不是“别人”，而是他自己。正如库珀所言“他们就是我们”。所有的维度都是一体的，所有的维度都在“此地”。当库珀到达五维世界后，进入了一个可以看到三维世界所有时间的场景中，他可以通过移动自己的位置随意看到自己女儿任何年龄的情景。

他把书架上的书按某种编码规则推下来，想给女儿墨菲某种警告；他让地上的沙子显示出以二进制编码条纹，用来传送火箭发射场的坐标。这些事情都是他自己在五维空间做的。在电影中，地球由于坏境恶化即将毁灭，科学家需要解开一个重力方程式才能让人类有方法脱离地球，但解开重力方程需要黑洞里的数据。

于是，库珀受命去外太空寻找解决方案。当库珀到达黑洞后，找到了关键数据。他在五维空间把数据转化为摩斯码，通过秒针的颤动传送给地球上的女儿墨菲。墨菲最终解开了方程，拯救了人类。

那么维度是什么？一共有多少维度？维度与时间的关系是什么？我们详细讨论一下：

【零维】：首先，是没有维度的情况，或称零维。这时只有一个点。注意，不要想象成在一个空旷的空间内有一个小小的点。这一个点是所有，也是全部，它外面没有空间，也没有时间。因此说这个点是无限大也未尝不可，类似于宇宙大爆炸前的奇点。

【一维】：一条直线组成的世界就是一维。只有长度，没有宽度和高度，既无面积，也无大小。

一维的生成：

当我们持续观察一个点时，就相当于这个点拥有了一条时间轴。把每一刻点的像沿时间轴展开，就形成的一条线。这就是一维世界（如图1）。

在一维世界，点的位置只能沿时间轴移动，没有其他的方向。如果在时间轴t1上横切，每一刀切出来的都是一个点，若沿时间轴t1连续横切，可以切出过去现在未来所有的点。需要强调的是，人不可能“同时”感受不同的时间，只能感受“当下”这一个时间点。因此，看到图1中从头到尾的完整“时间轴”，那么它已经不是时间轴，而是一条单向的空间轴了。

【二维】：一个平面组成的世界就是二维。有长度，有宽度，就有了面积大小，但没有高度。

二维的生成：

如果一条线的长度在不断变化中，持续观察这条线，就意味着这条线拥有了一个新的时间轴，新时间轴垂直于直线方向。把这条线的所有长度变化情形沿新时间轴展开，就形成了一个面。这就形成了二维世界（如图2）。

在二维世界，线的位置只能沿时间轴移动，没有其他方向。在时间轴上t2横切，每一刀切出来的都是一条线，若沿时间轴t2连续横切，可以切出过去现在未来所有的线。

同时，再观察一下图中的“点”，对“点”来说，原来的时间轴t1变成了一条空间轴（图2中x轴）。在二维世界，x轴是一条空间轴，但对处在一维世界的点来说，此轴依然是时间轴。所以在图2中，此轴标注为“x (t1)”；代表二维中的x轴就是原来一维的t1轴。

由此可见，时间和空间并非有绝对的区分，它们可以相互转化。在二维的时间轴t2上任何一个时间点（如图中横切线处），一个点的过去、现在和未来“同时”存在，因此在t2轴上的任意时间，都可以随意访问一个点的过去、现在和未来。这便是时间轴变成空间轴以后产生的效果。

【三维】：一个立体就是三维世界，也就是我们所生活的世界。三维有长度、宽度和高度，有体积大小。

三维的生成：

如果一个二维面的面积在不断变化中，持续观察这个面，就意味着这个面拥有了一个新的时间轴，新时间轴垂直于二维面的方向。把这个面的所有面积变化情形沿新时间轴展开，就形成了一个三维体。（如图3）。

在三维世界，面的位置只能沿时间轴移动，没有其他方向。在时间轴t3上横切，每一刀切出来的都是一个面，若沿时间轴t3连续横切，可以切出过去、现在和未来所有的面。

再看一下“面”里面的“线”。对线来说，原来的时间t2轴变成了一条空间轴（图3中y轴）。在三维的时间轴t3上任何一个时间点（如图中横切面处），一条线的过去、现在和未来同时存在，因此在t3轴上的任意时间，都可以随意访问一条线的过去、现在和未来。同样，“点”在另一条空间轴上（图3中x轴），它的过去、现在和未来也可随意访问。（这些关于访问的话是为了描述五维特性时做铺垫的。）

从以上维度变化的过程可以看出，维度增加的规律很简单，就是在上一个维度的基础上新增一个时间轴，同时把上一维度的时间轴变成空间轴，一个新维度就生成了。每个维度都有属于自己的唯一时间轴，且与其他维度的时间轴不同。

【四维】：四维是在三维体的基础上加上时间延续性，某物体在这个空间以某种状态会持续多久，就是四维的概念。由于我们是三维生物，很难想象四维空间是个什么样子。

四维的生成：

如果一个三维体的体积在不断变化中，持续观察这个体，就意味着这个体拥有了一个新的时间轴。把这个体的所有体积变化情形沿新时间轴展开，就形成了一个四维体。（如图4）。

在四维世界，体的位置只能沿时间轴移动，没有其他方向。在时间轴上t4横切，每一刀切出来的都是一个体，若沿时间轴t4连续横切，可以切出过去、现在和未来所有的体。

再看一下三维体里面的“面”。对“面”来说，原来的时间轴t3变成了一条空间轴（图4中z轴）。在四维的时间轴t4上任何一个时间点（如图中横切处），一个面的过去、现在和未来同时存在，因此在t4轴上的任意时间，都可以随意访问一个面的过去、现在和未来。同样，其中的“线”和“点”在另外两条空间轴上（图4中x轴和y轴），它们的过去、现在和未来也可随意访问。

三维以上的生命拥有人所没有的“超能力”。所谓“超能力”都是针对低维度生命而言的，而且维度相差越多，拥有的“超能力”也就越强。我们生活在三维世界，最关心的是高维度生命对三维度的“超能力”。所以，下面在描述高维度的能力时，所针对的对象都是三维世界中的“人”。

四维世界是三维世界在一条时间线上所有历史的总和。如果有四维生命的话，他可以看到一个人的过去、现在和已经决定的的未来。但他只能看到一个单线的历史进程，他没有改变人的过去、现在和未来的能力。

四维生命不需要像人一样需要经过几十年甚至上百年才能完整观察完一个人的一生。他可以同时看到一个人从生到死的全过程。而且这个全过程形成了一个特定形状的连续体。四维生命看到一个人的形状像是一条虫子，两头小，中间大。因为两头分别是童年和老年体积较小，中间是壮年，体积较大（如下面图4a所示）。高铭的小说《天才向左，疯子向右》中，一个“精神病人”能看到的人的样子是“四维虫子”，这意味着他同时看到了人的一生。

【五维】：到了五维，人类的语言就更难描述了。五维是四维体加上时间延续性形成的世界。
五维的生成：
如果一个四维体的大小在不断变化中，持续观察这个体，就意味着这个体拥有了一个新的时间轴。把这个体的所有变化情形沿新时间轴展开，就形成了一个五维体（如图5所示）。

在五维世界，四维体的位置只能沿在时间轴移动，没有其他方向。在时间轴t5上横切，每一刀切出来的都是一个四维体，若沿时间轴t5连续横切，可以切出过去、现在和未来所有的四维体。

再看一下四维体里面的三维体，原来三维体的时间轴t4变成了一条空间轴（图5中i轴），在五维的时间轴t5上任何一个时间点（如图中横切处），一个三维体的过去、现在和未来同时存在，因此在t5轴上的任意时间，都可以随意访问三维体的过去、现在和未来。

同样，其中的“面”、“线”和“点”在另外三条空间轴上（图中x轴、y轴和z轴），它们的过去、现在和未来也可随意访问。由于人自身是三维的，最关心的是三维体，所以后面只讨论高维对三维体作用，不再讨论点、线和面了。

如果有五维的生命的话，在他的时间内，他可以随意移动到一个人的过去、现在和未来，就像我们在三维世界沿着空间中的某个方向移动一样。五维生命进入人的历史就好像走一条路或爬一座山，因此在五维世界可以进行时空旅行，而且其行为会对三维世界产生影响。

五维生命可以选择人的任何一个年龄阶段，向他传送信息，并影响他的选择。在电影《星际穿越》中，男主角库珀到了五维世界后，通过改变手表秒针的颤动方式，给他在三维世界中的女儿墨菲传送信息，并改变了她的选择。

但是，在五维时间轴t5上的每一个时间点，只能横切出一个四维体（即三维体和它的一条时间线）。所以，当五维生命改变了人的选择后，被改变的事件相当于转换到另一条时间线发展了。那么，五维生命也需要等待一段时间后，才能看到改变选择后造成的结果。如图5a所示：

再看一下图5，在五维世界中，i（t4）轴是一条空间轴，但对四维及三维世界而言，它依然是时间轴。四维世界是三维体在一条时间线上所有历史的总和，五维世界则是三维体在两个时间轴上所有选择和历史的总和。

我们画一条时间轴代表一个选择所导致的历史（如下面图5b左半部“时间轴1”），画另一条相垂直的时间轴代表一个人一生中所有可能的选择（如图5b右半部“时间轴2”）。那么两条时间线组成的时间面，包含了一个人一生中所有可能选择和所导致的一切结果的总和。

【六维】：六维是对五维体加上时间延续性所形成的世界。
六维的生成：
如果一个五维体的大小在不断变化中，持续观察这个体，就意味着这个体拥有了一个新的时间轴。把这个体的所有变化情形沿新时间轴展开，就形成了一个六维体（如图6所示）。

在六维世界，五维体的位置只能沿在时间轴移动，没有其他方向。在时间轴t6上横切，每一刀切出来的都是一个五维体，若沿时间轴t6连续横切，可以切出过去、现在和未来所有的五维体。

再看一下里面的四维体，原来四维体的时间轴变成了一条空间轴（图5中j轴），在六维的时间轴t6上的任何一个时间点（图中横切处），一个四维体的过去、现在和未来同时存在，因此在t6轴上的任意时间，都可以随意访问四维体的过去、现在和未来。同样，“体”、“面”、“线”和“点”在另外四条空间轴上（图中x轴、y轴、z轴和i轴），它们的过去、现在和未来也可随意访问。

前面说过，我们重点关注的是三维体（也就是人），由于在六维时间轴t6上的每一个时间点，能横切出一个五维体（即三维体和它的两条时间线）。三维体的两条时间线包含了一个人一生中所有可能的选择和所有结果的总和。因此，六维生命不用像五维生命在改变了人的选择后还需要等待一段时间才能看到结果。六维生命可以走到结果处直接改变结果。

那么问题来了，既然六维生命改变人的命运易如反掌，为什么电影《星际穿越》要选择从五维世界给人类发信息而不让六维生命直接改变人类的命运呢？

其中的原因是，如果维度间隔相隔太大时，高维度的生命对较低维度生命的命运已经不感兴趣了，觉得改变了它也毫无意义。六维世界与三维世界相隔了三个维度，我们用人类自己的例子看看对于与我们相差三个维度的生命有何感受。

通常，我们对自己所在维度所发生的变化是最感兴趣的，也最有意愿改造它们。比如在这个世界所发生的生老病死，战争灾难等等，我们有强烈的意愿想改造它们。但对于比我们小一个维度的东西，假设是蚂蚁，我们对它们的生死或战争什么的显然兴趣就不大了，对改造它们的命运也会觉得没什么意义。

如果还小一个维度，假设是细菌或病毒什么的，我们对它们的死活就更没兴趣了。如果减小三个维度，假设是分子，一个分子处在什么状态已经与我们毫无关系了。所以基本上讲，六维生命对我们没什么兴趣，人类的命运如何在他们看来也没多大意义。话说回来，假如电影里真的这样演：六维生命轻轻吹一口气，人类便得救了。这种电影也没啥看头了，是吧？

好了，总结一下，六维已经包括了所有的时间、所有可能的选择和所有发生的结果。因此六维世界已经包含了宇宙从大爆炸一直到灭亡所包含的所有情况。六维世界就是一个完整而无限的宇宙。

【七维】：把六维当作一个点放到第七维里，在七维世界中便出现了其他的宇宙。每个宇宙都是一个无限体，且每个宇宙的初始条件包括引力光速都不同。所有不同初始条件的宇宙沿时间线展开就组成了第七维。如图7所示：

【八维】：不同宇宙形成的线所发生的变化沿时间轴展开形成面，就是第八维。如图8所示：

【九维】：无数宇宙所形成的面所发生的变化沿时间轴展开形成体，就是第九维。如图9所示：

九维包括了所有可能的宇宙中所有可能的时间线和所有可能的结果。
【十维】：把九维形成的空间认为成十维空间中的一个点，如图10所示：

由于这个点已经包括了所有可能的宇宙中所有可能的时间线和所有的结果。人的认识已经无法再构造出新的可能性了，所以划分到十维就不能再分了。
最后说句题外话，回头翻看一下从一维到九维的示意图，不难发现，从第一维开始，随着维度的增加，高维度把低维度一层一层地卷入内部。把每个维度的时间轴用一条线串起来，连续起来看就是个螺旋。与黄金分割的分形螺旋图相当一致，如图11所示：

你能想象出这个螺旋的样子和宇宙中什么形状类似吗？对了，就是星系图，这显然不是简单的巧合……