唐风
我们在什么地方
我们在什么地方
2000 第4期   - 科学故事

唐风


    空间的维度是很抽象的。当代新人类喜欢把漫画作品中什么“异次元空间”、“二次元空间”之类的词语挂在嘴边，向他们请教就会发现他们只喜欢这种名词的新鲜感。有些作家(像卫斯理)写到空间维度时也喜欢绕过去。事实上它很有趣，发现一个新维度相当于发现了一个世界。

    让我们先从基本的开始。假设存在一维空间的生物，那它们是什么?线段。线段虫只有前、后两个方向，整个世界就在一条直线上，一条线段虫看另一条线段虫只能看到一个点。然后一个二维空间的生物出现了，一个正方虫或三角虫。它们生活在平面世界。正方形的虫子好奇地观察一维世界，看见一条直线上无数个线段。它看到的不是“点”而是线段虫的整个“身体”。这只正方虫——不，应该说这“张”正方虫再去观察同类，结果全是一根根或长或短的线段。它知道自己并不是一根线段，疑问就此产生：“为什么我不能看到伙伴们的全身呢?”终于有一天，它想到这儿了：“线段们只有两个方向。我们现在有四个方向：前、后、左、右。还有没有别的方向，比如与我的所有身体线条全部呈直角的那个方向?”

    那就是上和下。它发现了三维空间。作为二维世界最伟大的数学家，它很可能不被理解。美丽的等边三角虫什么也没听懂，礼貌地等它说完；粗犷的梯形虫听也不听就走开：“什么玩意，狗屁数学家!”伤心的正方虫只有等待三维世界的生物来肯定它了——一个人类，比如我。

    我让自己处于正方虫的中央，对它说话，安慰它。我并不是踩着它，否则它会听不见我说话而且还认为我的体形像一对脚印。我让它位于我脸部的横截面，上下嘴唇的结合部。声波在平面上散开后，正方虫听见了，发现声音是自己体内发出的。我告诉它我可以一眼看到它的整个身体，无论外部还是内部，就像它观察线段虫一样。它兴致勃勃向周围的同类传播这个经历——依然没人明白，只有美丽的三角虫到处找人治它的“幻听”。正方虫大怒之下膨胀起来，用它自己的全部才能使自己成为有无数条边的形体——一个圆形。

    我帮不了它，因为自己突然陷入困惑之中。四维空间的概念在脑海里翻腾，玄妙无比而难以想像。只知道那里的生物必定有下面几个特征：

    1、我们的世界是它们的一部分。

    2、它，那个四维空间生物，可以一眼看到我的外表和内部，无遮无挡。

    3、既然我们观察世界像看屏幕，那它看它的世界和同类时，得到的“影像”是三维物体。

    4、我可以发现它，如果它合作的话；但如果它不乐意，可以突然从我的世界消失。

    这让我比一只梯形虫还要糊涂。我向上一跳离开了正方虫的世界，闭上眼睛叫道：“让我看看你们!”

    心诚则灵。我的身边出现了一个姑娘，美得让人睁不开眼。她肯定了我的想法，于是我抓住她的手，告诉我遇到的每一个人这里有一“只”四维动物。人们围了上来，但谁也不倾听只顾瞪直了眼瞧我的同伴。眼看这样不行，我随便揪住一个看上去受过教育的——一个医生，求他好好听一听我的话。

    “她叫什么?”那医生问。

    “我不知道。但我要告诉你，她是个四维空间生物。我们的世界只是她的一部分。”

    “你在说什么，四维空间?”

    “她不是一个纯粹的人类，你知道吗?但她是由人类组成的。她可以一眼看清楚你的五脏六腑，同时又看见你的外表。”“你说她是由几个人造出来的?这倒是很新鲜……’

    “不，不。她不是人造的，也不是几个，她可能由无数人……”“具体有多少?”

    “很多。哎呀多和少这个概念已经没用了，应该是无穷多，就像一个正方形有无数的线段一样。她也不是一个姑娘，姑娘只是她的一个层面……”

    “对，对，你说得对。”医生笑着拿出手提电话开始打，“查询中心吗?请问精神病医院的号码?”

    这时我们发现一个问题，那个美人可以证明一切，她立刻消失就行了。善后工作——包括向科学家诉说和将受惊的医生送往医院，都留给我来做。但事实上我们尚无确切的报道，说某个宏观物体突然出现和消失，显然四维空间——假使它存在的话——并不是那么简单。

    首先我们再检查一下我们的想法：一个高维度世界可以向下兼容并干涉低维度世界。这究竟对不对?我们尚不能肯定，因为我们是从比我们更低的维度得到这样的启发，而高级应该意味着更复杂和更多的可能性。我们现在最需要的是实际证据，天文和物理学方面的仪器操作高手必须打起精神来。

    在美国新墨西哥州的偏远山区里，矗立着一群庞大而形体古怪的锅盖形物体。27个“巨眼”按相控阵的形式联结起来，成了一座几十公里宽的射电望远镜。它的工作是探测那些非常模糊又遥远的天体。120亿年前的光线进入地球人的视野，几乎令人感动。它们在追溯遥远的过去，寻找大爆炸的纪元。

    它们发现了宇宙的背景辐射，也就是来自各方向的相当均匀的静电干扰。人们为了确证，派出U-2飞机背着天线到大气层顶部观察，证明判断无误。这一发现支持宇宙蛋学说，也就是说我们的宇宙是一场大爆炸的产物。但背景辐射一经精确检验，便证实并非完全对称。银河系正在被拖向室女座星系团，成为著名的“南向天体流”的一部分。该星系团容积巨大，跨越10亿至20亿光年的空间。要知道，可探测的宇宙本身只有数百亿光年宽，要是光室女座群星就构筑了这么庞大的集团，那么在遥远得多的距离中大概还有类似的星系团存在，虽然探测起来有点困难。科学家们发现这里头问题大了，如果宇宙是从一点爆炸开的，物质之间的引力需要极长的时间来聚集成一个个类似室女座的星系团——而这段时间似乎比宇宙本身的年龄还要长。那么只能想像另一种可能：宇宙不是从一点爆开的，有两个或多个同时发生的大爆炸。

    被自相矛盾的数据气得发抖的科学家抛开计算机，开始寻思更基本的问题——就算宇宙蛋学说成立，那这个“蛋”又是从哪儿来的?难道它是从虚无中直接冒出来的?

    这时也许本文的读者——尤其是刚刚发现四维空间没什么了不起的读者会跳起来吧?从虚无中直接冒出来，这不是四维世界涉足三维空间的一个特征吗?

    但是，想到可怜的正方虫在三维空间里只是个投影，我们感到难以接受了，三维物质世界——有血有肉的我们只是四维空间里的一个“现象”?

    从这里起步，科学家们在发展一种全新的理论。宇宙的前身是超空间里的某种东西，一个四维超球体。要知道一个球面的中心并不在表面上，而在球体的内部；我们宇宙的起爆点也不在宇宙里，而在“那边”。这个四维超球体在膨胀，造成它的“投影”——也就是我们的宇宙不断地胀大，每时每刻“创造”出新的空间，星系互相远离。因为我们找不到起爆点，所以就感觉大爆炸是“随处发生”的。空间膨胀速度可以超过光速，这并不违反相对论，我们发现在遥远的宇宙边缘存在着运动速度接近光速的星体正是个良好的佐证。如果不是空间本身的膨胀，问题就严重得多，因为我们无法想像一个巨大的星体可以像基本粒子那样快速的运动。

    如果宇宙真的是超球体在三维空间的投影，它最可能的形状有两种：类似球形的封闭空间和类似双曲面的开放空间。这取决于宇宙是否有足够的物质。物质充足的话，它将是封闭空间，光会陷在里面，宇宙本身就成了个大黑洞；而在开放空间里，平行线会交叉，宇宙因物质不足而不停地膨胀，最终恒星冷却，黑洞蒸发，整个世界成为一团寒冷、稀薄、无限接近真空的雾。宇宙学家知道清算物质的总量有多么重要。在地球轨道进行的观察，已经发现星系间有强X射线辉光。起先认为它是热的星际氢；射电望远镜看到银河系的中央就有两片巨大的氢云在向外散逸，其质量足以制造几百万个太阳；星系之间还有更大量的氢，多得简直让人害怕——因为如此大量的物质完全可以使宇宙的膨胀停止并开始坍缩。后来；曙光谱细分才知道，那是遥远的类星体群。但这仍然给宇宙增加了前所未有的巨大质量。当宇宙的财产目录最终编制成功的时候，那些星系、星云、类星体、黑洞等等都被记录时，我们才可能知道我们居住在什么样的宇宙之中了。

    科学家们提到过关于虫洞的问题，认为这种虫洞是贯穿第四维的“管子”，与黑洞相连。我们穿过它就可以在一刹那到达宇宙的其它地方。有一天如果真是发生了这样的事，就可以把“宇宙是四维的”这个论调确定下来了。不过这似乎违反了自然定律，难道正方虫靠自己的力量能“站”起来吗?

    至少目前科学家们还只能满足于思考和观测。工具已经非常先进了，现代射电望远镜有很高的灵敏度，当它们正对着类星体时，能接受到的辐射大约相当于千万分之一瓦特。地球上所有射电望远镜已经收到来自太阳系外的总能量，还不及一片雪花落地所产生的能量。它们担负着重要的工作——搜索外星生命、计算类星体和探测宇宙背景辐射，而这一切只需要射电天文学家去研究处理少得几乎不存在的能量。

    数学家认为宇宙微波背景辐射应该有一些起伏，经观测证明是正确的；如果宇宙是开放的也就是说是双曲面形状的，那么光线会受到几何扭曲，就会使同样的特征看来只有其大小的一半。但观测结果是起伏幅度正常。这样看来似乎宇宙(至少我们这个宇宙)有足够的物质。闭合宇宙立刻刺激了科学家的想像力，多年以前有人把眼睛瞪得大大的向M31相反的方向搜寻——看到一对遥远的漩涡星系，跟我们的银河系和M31极其相像。他们想弄清楚这是不是从另一个方向看到了我们发出的光线。这将证明宇宙真的是闭合结构，我们的世界会停止膨胀转入收缩，时间将倒流!结果那搞错了。宇宙很大，光线如果想环游宇宙会用掉比宇宙年龄还要长的时间。

    因为观测尚无结果，科学家们提出了许多更复杂的学说。比如多维宇宙，认为有许多个宇宙互相镶套着，彼此的基本物理常数都不一样；还有更刺激的想法，说有无限多的宇宙层次，在我们的世界中像电子这样的基本粒子，一经穿透，将自我显示为一个完全闭关自守的宇宙，其内部有星系和黑洞，当然尺度上比我们的小得多；其基本粒子本身又是更低一级的宇宙，永远可以这样类推下去——宇宙中又有小宇宙，无穷无尽；反向高一级类推，道理也是一样。这个观点无法证实也无法证伪，说不清它是个科学思路还是个宗教观念。

    我们正体验着一种无力感。在三维空间里我们无论如何都画不出第四维；在自己的世界里无法知道更高一级的宇宙层次是否存在。这样的事实也许可以让心比天高的人宁静下来，而那句俗话似乎得反过来说才合理：

    我们的世界可能是无限的，我们的想像力才是有限的。