《三体》对四维的描述有很大BUG，四维空间远比想象的复杂……

　　四维空间怎么样，我相信大家都和我一样非常想体验一下，那种超越三维的神一样的感觉是人类天生无法抗拒的。但是我要说的是，按照现有科学水平，体验是没有机会了，既然如此，那我们何不来一场头脑旅行呢？

　　刘慈欣的《三体》中这样描述四维空间（文章摘选较长，不想看可以略过）：

　　四维拥有无限的细节和复杂度

　　“有过亲身经历的人都一致同意,置身四维空间的感觉是不可能用语言来描述的,他们甚至断言,四维感觉是人类迄今为止所遇到的唯一一种绝对不可能用语言描述的事物。人们总是喜欢用这样一个类比:想象生活在三维空间中的一张二维平面画中的扁片人,不管这幅画多么丰富多彩,其中的二维人只能看到周围世界的侧面,在他们眼中,周围的人和事物都是一些长短不一的线段而已。只有当一个二维扁片人从画中飘出来,进人三维空间,再回头看那幅画,才能看到画的全貌。这个类比,其实也只是进一步描述了四维感觉的不可描述。首次从四维空间看三维世界的人,首先领悟到一点:以前身处三维世界时,他其实根本没看见过自己的世界,如果把三维世界也比做一张画,他看到的只是那张画与他的脸平面垂直放置时的样子,看到的只是画的侧而一条线;只有从四维看,画才对他平放了。他会这样描述:任何东西都不可能挡住它后面的东西,任何封闭体的内部也都是能看到的,这只是一个简单的规则,但如果觉世界真按这个规则呈现.在视上是极其震撼的。当所有的遮挡和封闭都不存在,一切都暴露在外时,目击者首先面对的是相当于三维世界中亿万倍的信息量,对于涌进视觉的海量信息,大脑一时无法把握。他们看到的是并例出无限细节的人体、可以看到所有的骨骼和内脏.可以看到骨骼里的骨髓.可以看到血液在心脏心室间的流动和瓣膜的开闭,与对方对视时,也可以清晰地看到眼球晶状体的结构......但“并列”这个词同样可能引起误解,人体各部分的物理位置并没有任何变化,皮肤仍然包裹着内脏和骨骼,每个人在三维世界中的熟悉形象还在,是细节的一部分.与其他无限的细节并列在一起。“你们注意手不要乱动,不小心可能会触到别人心或自已的内脏。”褚岩说.“不过只要不用力也间题不大,可能有点儿疼或恶心,有时还会造成轻微的感染。也别乱动周围的东西,除非你确实知道那是什么。现在飞船上的一切都是裸露的,你可能触到高压电缆或高温蒸汽什么的.还可能接触到集成电路,造成系统故障。总之,对于三维世界来说你们现在有神一样的力量.但必须经过一段时问对四维的适应才能使用这种力量。””

　　小说的描述已经尽可能从视觉上给读者呈现了一个光怪陆离的四维世界。作为小说的一部分，大刘的目的达到了，就是带给读者新奇与想象力。但是从科学上来说，其中不乏存在一些BUG，下面我们分析探讨一下。

　　BUG__1：光无法跨纬度传递

　　假如存在不同的纬度世界，那么在不同的纬度世界下，智慧生物感觉世界的相应手段也会存在很大差异，三维世界智慧生物比如人类感觉世界的直观手段是通过眼睛接收光来实现的，光是特定频率段的电磁波，而电磁波是三维世界的特有现象，所有我们想当然的把电磁波推广到二维或者三维世界是不恰当的，也是不科学的。

　　《三体》中的二向箔打击

　　比如在二维生物的世界里，它们可以看到自己的整个世界，但我们却无法窥知它们。因为必得有光线进入我们的眼睛，才能和我们的感光细胞发生作用，将信号传递到我们的大脑，我们才能看到某物；必须得有物理手段探测到二维世界，才能为我们描述它的基本形状和性质。但二维世界的基本粒子和光，由二维世界的物理定律限定在二维平面内，无法到达更高的维度。你敢说二维世界的电子、质子和三维的一样吗？《三体》中描述了太阳系遭二向箔打击的壮烈画面，但实际上真有这种事，人类也许根本就看不到。

　　人类观察物体都是以光为媒介

　　同样，三维世界的粒子和光，也被三维世界的物理定律限定在三维空间里，根本无法到达二维世界。同样推理，四维世界和三维世界同样是没有任何交集的，维度之间泾渭分明，各自独立地存在着。既然我们在任何时候，任何情况下都无法感知二维或四维世界的存在，就像卡尔萨根的火龙，一个东西从来看不见、摸不着，没有任何物理手段可以检测到它的存在，这和“根本没有”有什么区别呢？所以即使有其它维度的世界，我们也尽可忽视它，当作根本不存在。注意，这里说的是其它维度的世界，而不是其它维度，维度是我们用来描述时空的工具，无所谓存在不存在。

　　BUG__2：人眼睛无法透视三维

　　首先，拿我们三维人的眼睛来说，我们平时所谓的对三维世界的感觉，其实更多的是大脑的理解和想象，为什么这么说呢？首先，我们眼睛看世界其实和用照相机拍照一个道理，照相机拍出来的照片是平面的、是二维的，人的单个眼睛感光原理和照相机相同，唯一的区别是人有两只眼睛，看现实世界存在一个角度差，这个角度差能让大脑计算出深度数据并推测出物体的大概形状和位置。但是即使这样，我们仍然看不到物体的背面的信息，除非我们绕着物体转一圈，才能全面了解该物体。

　　三维物体的各个观察角度

　　也就是说，三维人看三维物体，虽然我们和周围的环境都是立体的，但我们能看到的，只是面对我们的那个 “面”。

　　那么如果三维人来到了四维空间，假如三维世界物体反射的光能够传递到观察者的眼中，但是鉴于三维人眼睛的结构，我们仍然无法透视三维物体。

　　画图来说吧，想象二维平面世界上的二维人，看该平面世界的一个图形。

　　二维人在二维世界看二维图形，只能看到一维的图像

　　即使把该二维人放到三维世界，因为其眼睛构造的原因，他也无法统揽该二维物体，他看到的仍是该二维物体的切片。

　　二维人在第三个纬度看二维世界的物体

　　同理，三维人在四维空间，看到仍然是三维物体的切面，你每次只能看到一个面，一个标准二维的三维截面。当你看一个苹果时，你不能看透表皮直达果肉，你每次只能看到苹果的一个有果核有果肉的截面，把苹果全部扫描一遍后，才能知道这是个苹果。你熟悉的那个世界已然消失不见，到处都是标准的二维截面，而只有看了大量的截面后，你才有可能在脑中建立起所见物体的三维模型。但是不同的是，三维人可以通过转动眼睛就可以对该三维物体全貌进行“CT”扫描，通过切面的变化拼凑出三维物体的全貌。

　　四维超立方体

　　三维人在四维空间摆动头部看三维立方体，效果应该就是上图这样。

　　BUG__3：人体不能进入四维空间

　　霍金曾在《时间简史》中详细论证了这个问题，他的结论是二维生物没法拥有消化食物的肠子，不能维持生命，所以不可能存在，因为它一旦有了肠子，在二维环境下就会分裂成两个；

　　霍金认为：二维人不可能存在

　　四维以上的生物也不可能存在，因为在四维环境下，物质间引力随距离衰减更大（三维空间引力随距离平方衰减，四维空间则随立方衰减），原子中的电子就会飞出去或螺旋状坠入原子核，任何物质都不可能存在。宇宙只提供了适合三维生物生存的环境和条件，我们之所以存在，是因为它就是要我们存在。

　　延伸：四维时空和四维空间的不同

　　最后，值得注意的是，有些知识需要深入了解一下，请注意，四维空间并不是指爱因斯坦广义相对论里的三维空间加一维时间，这是一个认识上的很大误区。事实上，时间维度是独立于空间维度的，一维空间也有时间，二维空间也有时间，三维空间也有时间，三维空间加上一维时间构成一个四维时空（Spacetime），这并不等同于纯粹的四维空间。黎曼几何之后的高维几何学已经发展了很多年，在超弦理论里宇宙的结构是九维空间加一维时间，而M理论里宇宙是十维空间加一维时间的十一维时空结构。

　　二维到四维空间坐标体系

　　那么，四维空间究竟该怎么理解呢？如上图，两条互相垂直的直线构成了一个二维空间做标注；想象第三个直线穿过交点并垂直于前面两直线，就形成了一个三维空间的坐标轴；现在，想象有第四条直线从交点穿过，并且垂直于前面三条直线，就形成了一个四维空间坐标轴。然而，这条直线是不可能在三维空间里画出来的，它实际上延伸到坐标轴交点内部的四维空间中（在三维空间里，有前后左右上下六个方向；而在四维空间里，还要多出“里”“外”两个方向）。

　　总结

　　空间和时间是人类永恒不变的话题，毕竟超越空间和超越时间一样，都将是神一样的存在，就像人类之于蚂蚁，开启的是上帝视角，但是与跨越纬度跨越时间的人类思维相比，现实就比较残酷，虽然我们能直观理解二维和一维，这应该属于一种高纬度对低纬度的优势，但在我们的空间里也感知不到任何二维世界或者二维生物的存在，由此应该可以推断出，四维空间的生命虽然能直观理解三维以及三维以下的空间，但却无法观察到真正的三维空间，在这种时空关系下，人类进入四维空间的可能性是不存在的。

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