多維空間

我們通常的空間概念，是指由長、寬、高組成的三維空間。時間本身具有維度的某些特點，例如一條時間軸可以連接無數個3維空間，因此可以認為我們生活在3+1維時空（4維空間）中；但時間與長、寬、高卻是有很大的區別的，例如時間單位與長度單位是不一樣的，因此這還不算真正意義上的多維空間。由於光子只能在三維空間中傳播，人的肉眼無法看到其他可能存在的維度，這就使得對多維空間的探尋非常困難。但是，眾多的科學家、物理愛好者和科幻迷還是提出了各種有關於多維空間的理論。

在平行宇宙理論中，由於存在著無數多個3維宇宙，這些宇宙並不能通過長、寬、高或者時間進行相連，只能通過另外一條維度進行連接，因此平行宇宙本身至少就是一個4+1維時空（5維空間）。

在弦理論中，認為各種基本粒子都是由很小很小的線狀弦組成的，在眾多現象難以用理論解釋的情況下，愛德華·維頓提出了11維空間的概念。

有些人認為，進入黑洞就可以見到神秘的多維幾何體。

如果確實存在多維空間，那麼世界上可以存在以下這些現象。

普通的隱身僅僅是指一個事物不發光、不反光而使得別人無法看見它，但任何人都可以摸到它。絕對隱身下的物體卻是既不能被看到，也無法被摸到的。如果把螞蟻假設為只能在兩維的地面上移動的生物，再假想有一隻能在三維空間中自由活動的蜻蜓飛在螞蟻的上方，那麼蜻蜓可以看見螞蟻，螞蟻卻無法看到或摸到蜻蜓，蜻蜓就對螞蟻實現了絕對隱身。同樣的道理，如果一個人能夠在多維空間中自由運動，他就可以對那些只能在三維空間中自由移動的人做到絕對隱身。

假設某人沿著地面從地球上的南極點步行到地球北極點，顯然要走很長的路，但是一個中微子可以直接從南極點經過地殼、地幔、地核穿到北極點，走的路就近了許多，這正是因為它巧妙地運用了第三條維度。根據廣義相對論，空間是彎曲的，我們所生活的這個三維空間很可能是一個四維幾何體的封閉曲面，直接通過長、寬、高的方向從一個天體到另一個天體有很長的距離，如果能藉助第四條維度，那麼就節省了一定距離，也就是抄了近道。在量子物理模型中，多維空間中這種很近的通道又被稱為蟲洞。

一個圓片穿過一條線，在這條線上的投影會先變長后變短；一個球體穿過一個平面，在這個平面中的投影會由一個點變成一個越來越大的圓，再重新縮小成一個點。在一個四維空間中，一個點為中心，向各個方向延伸相同的距離，可以形成一個密閉的四維幾何體，我們不妨把這種四維幾何體稱為“四維球”；如果有一個“四維球”穿過我們所生活的三維空間，我們可以看到它在這個三維空間中的投影：首先是一個點，隨後是越來越大的三維球體，球最後又重新縮小成一個點，直至消失。

多維時空標準模型，當今世界流行11維時空的說法。

首先，應先思惟何謂空間，不能被感知的僅停留在概念範疇的應否被定義為空間？

其次，將“多維”這個概念加到“空間”前是否合理？僅停留在空想或數學理論模型中的“多維空間”對人類來說有實證意義嗎？可以有“多維”的概念，但“多維”的還是空間嗎？

0維

0維：沒有長寬高，單純的一個點，如奇點(一個無限小的點）。

一維

一維空間只有長度

二維

二維空間平面世界，只有長度和寬度

三維

徠三維空間長寬高立體世界我們肉眼親身感覺到看到的世界 三維空間是點的位置由三個坐標決定的空間。客觀存在的現實空間就是三維空間，具有長、寬、高三種度量。數學、物理等學科中引進的多維空間概念，是在三維空間基礎上所作的科學抽象。

四維

四維空間一個時空的概念 日常生活所提及的“四維空間”，大多數都是指阿爾伯特·愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的“四維時空”概念。我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關係，是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸，而這條時間的軸是一條虛數值的軸。根據阿爾伯特·愛因斯坦相對論所說：我們生活中所面對的三維空間加上時間構成所謂四維時空。

從我們這個宇宙大爆炸開始到某個可能的結果，這段時間上的持續叫四維，而在這個四維時間線上任何一點都有無限種發展趨勢。這樣從四維上的某一點分出無限多的時間線，構成了五維空間。

六維

五維空間上兩條時間線如同二維空間（如報紙上的兩個對角點）不能直接到達，而把報紙對摺就可以直接到達報紙上的對角點。在六維空間中正如把二維空間彎曲一樣，五維空間也可以彎曲，產生了六維空間，在六維空間中可以直接到達五維時間線上的任意一點。

七維

七維空間包括了從宇宙大爆炸開始到宇宙結束，所有空間維，所有時間維上的所有可能性，以及在任意兩點直接到達的可行性。五維空間是某一點產生無限個發展趨勢，七維是所有點即無限點上產生無限個時間線。

八維

在七維空間上已經描繪了我們這個宇宙中從始到終，所有空間維，所有時間維，八維是什麼呢？對了，還有一個可供操作的點，那就是大爆炸這個點，八維空間中包括了從大爆炸處產生的無限多個宇宙，這些宇宙中有不同的物理定律，不同的引力常數，或許有沒有萬有引力、光速是否相同也說不定。

九維

九維空間則是八維空間的彎曲，在八維空間中，不能直接在各個宇宙中到達不同的兩點，而九維空間中則可以在八維空間中的兩點間直接到達。

十維

根據超弦理論，最小粒子不是實體的物質，而是由不同振動頻率的超弦形成的物質，不同的頻率產生了不同外在表現。在十維空間中，已經沒有物質了，只存在不同振動頻率的弦。在十維空間中一切皆有可能。

十一維

十一維空間，是由十維空間加上記憶和感知構成，愛因斯坦認為記憶是可延伸且具有彈性的，而感知是存在於時間、空間、記憶之外的。超弦理論的十維空間之後，推出了十一維空間的超膜理論。總之，十一維空間是由時間、空間、記憶與感知構成的。

一維是線，二維是面，三維是靜態空間，四維是動態空間（因為有了時間）。

我們在物理學中描述某一變化著的事件時 所必須的變化的參數。這個參數就叫做維。幾個參數就是幾個維。比如描述“門”的位置就只需要角度所以是一維的 而不是二維

簡單地說：0維是點，沒有長、寬、高。一維是由無數的點組成的一條線，只有長度，沒有寬、高。二維是由無數的線組成的面，有長、寬沒有高。三維是由無數的面組成的體，有長寬高。維可以理解成方向。

因為人的眼睛只能看到三維，所以三維以上很難解釋。正如一個智力正常，先天只有一隻眼睛，一隻耳朵的人(這樣就沒有雙眼效應，雙耳效應),他就很難理解距離了，他很可能認為這個世界是2維的.

一個簡單的說法：N維就是N條直線兩兩垂直所形成的空間

因為，人類只能理解到3維，所以後面的維度可以通過數學理論構建，但要仔細理解就很難。在量子力學，當今仍在建立的膜理論，認為世界是11維的.

理解了宇宙的空間有更多維存在，再回過來看相對論與量子理論是如何產生矛盾的，我們就很容易理解了：這兩個理論在日常的三維空間里是不可能統一的，它們的矛盾是必然的，只有在高維空間里才能得到統一。

為了更好地理解這一點，我們可以舉一個三維世界和二維世界的例子。我們首先假設有一些生活在二維平面世界的生命，它們的世界里只有長和寬，根本無法理解第三維——“高”這一維。因此，它們對三維世界的感知只限於三維物體在平面世界的投影，或者三維物體與平面世界的接觸面，試想一想，一個平面生命怎麼能夠通過投影來想象三維物體的豐富性和完整性呢？當三維物體與平面世界接觸時，三維物體在平面世界上的零碎片段，比如一張桌子的四根腳柱、人印在地面上的兩雙鞋印，更讓平面生命摸不著頭腦——這些拼不到一起的碎片究竟意味著什麼呢？它們不能想象，四片互不相連的印跡怎麼會構成一張完整的桌子呢？那斷斷續續的鞋印上怎麼會有一雙完整的鞋呢？而且，鞋的上面竟然還有一個更加完整的人！用二維的眼光來打量這些碎片，你永遠不可能將它們拼成一個整體。

於是有一天，一個足智多謀的平面生命偶然想出一個絕妙的主意。它宣布，平面世界之外還有一個“向上”的第三維，如果順著這些碎片“向上”看，其實碎片是一個完整的整體！這真是個驚人的見解，大多數平面生命都困惑不解。

相對論和量子理論的遭遇與這種情況非常相似，在我們的三維空間里，它們就像兩塊互不相干的碎片，永遠也拼合不到一起。但把空間“向上”抬一抬，把宇宙變為十維空間，相對論和量子理論這兩塊看似互不相干的碎片就會令人震驚地結合得天衣無縫，成為一個更完整的理論大廈的兩根互相依存的支柱！雖然我們在三維空間中無法想象和描述一個多維的空間，但我們卻能通過複雜的數學方程推導出它的存在。

在宇宙的極早期，它誕生的10^-43秒內，它的直徑僅有10^-33厘米，含有豐富的十維空間，所有的空間維度平等地捲縮在一起。在那樣的空間中，宇宙的能量極高、溫度極高，所有四種力都融為一體，相對論和量子理論可以歸結為一個理論。

但是，這樣高維度、高能量、高溫度的空間是極不穩定的，就像脹氣太多的氣球，於是大爆炸發生了。維度被解散、能量發散、溫度降低。三維的空間和一維的時間無限延伸開來，逐漸形成了我們今天可感知的宇宙；而另外六維的空間則仍然捲縮在普朗克尺度（即10^-33厘米）以內。

當宇宙處在10^32K這樣極高的溫度（這溫度比我們得到的太陽的溫度高10^26倍）時，引力與其他大統一力分離開來，引力隨著宇宙的膨脹而不斷延伸成長成力，隨著宇宙進一步脹大和冷卻，其它三種力也開始破裂，強相互作用力和弱—電力剝離開來。

當宇宙產生10^-9秒之後，它的溫度降低到了10^15K，這時弱—電力破缺為電磁力和弱相互作用力。在這一溫度，所有四種力都已相互分離，宇宙成了由自由夸克、輕子和光子組成的一鍋“湯”。稍後，隨著宇宙進一步冷卻，夸克組合成質子和中子。它們最終形成原子核。在宇宙產生3分鐘后，穩定的原子核開始形成。

當大爆炸發生30萬年後，最早的原子問世。宇宙的溫度降至3000K，氫原子可以形成，其不至於由碰撞而破裂。此時，宇宙終於變得透明，光可以傳播數光年而不被吸收。

在大爆炸發生100至200億年後的今天，宇宙驚人的不對稱，破缺致使四種力彼此間有驚人的差異。原始火球的溫度已被冷卻至3K，這已接近絕對零度。

這就是宇宙的演變史，隨著宇宙的漸漸冷卻，力將解除相互的糾纏，逐步分離出來。首先引力破裂出來，然後強相互作用力，接著弱力，最後只有電磁力保持不破缺。

使用幾何體系是人們使用圖形形象的描述運動的一種方法。在幾何圖形中，使用獨立變數的個數稱為維數。描述一個物體，三維也就夠了，不需要第四維。更不需要多於四維的維度。當一個物體的形態不隨著時間變化時，一個物體的運動就可以簡化為二維，一個空間維，一個時間維。如果物體的形態隨著時間變化，可以使用第四維vt，但不能使用ct，因為物體的運動速度不都是光速不能把所有的物體運動速度都說成光速。在所有幾何體系中，只有歐氏幾何的坐標軸是平直的，三維只在坐標原點有個交點，推廣到四維，同樣應該是這樣。雖然彎曲的坐標軸可以方便的表示物體的運動，照樣不是可取的。因為結果不是唯一的。坐標軸是比較基準的圖上顯示，是不能隨意選取的。

超弦理論還給我們帶來一個更加令人震驚的結果：我們的空間結構居然是離散的，而不是連續的！在我們的日常經驗中，空間和時間總是無限可分的，但事實卻大謬不然。空間和時間都有自己的最小值：空間的最小尺度為10^-33厘米，時間的最小值是10^-43秒。因為當空間小到10^-33厘米后，時間和空間就會融為一體，空間維度就會高達十維，在這樣的情況下，即使空間還能分割，那也是我們現在所不能了解的了。

事實上，量子理論就是關於“離散的量”理論，“量子”一詞的含意就是“一個量”或“一個離散的量”。早在1900年，量子理論剛誕生時，科學家們就發現，在微小的粒子世界，能量是一份一份發出的，而不是連續發出的。就像人民幣的最小單位是“分”，乒乓球只能一個一個地買，而不能半個半個地買，這些都是日常生活中關於事物不可無限分割的例子。

雖然當時科學家已經知道了粒子能量的不連續性，但他們卻不知道為何有這種不連續性，只是被迫接受而已。但我們都知道了，這與空間的不連續性密切相關。正是由於空間有最小的、不可分割的單位，才會影響到基本粒子的能量發射方式。

所以，我們基於時間和空間是連續的舊理論必須被拋棄，在普朗克尺度下，弦是一段一段的，開弦就是一段線，閉弦就是一個圓圈，每一個弦片攜帶的都是一份一份的動量和能量。

空間具有一個最小的、不可分割的值，這個不可思議的現象會導致什麼樣的結果呢？我們很容易想到：我們宏觀的空間結構是由一份份最小的空間包組合起來，在這一份份的空間包中間，極有可能存在著我們無法探測的空間裂縫！所謂“蟲洞理論”中在空間中鑿開一個洞口的設想，從理論上來說真的是可行的，這就是尋找相鄰空間包之間的裂縫，然後用難以想象的高能量轟開這個裂縫，一個蟲洞就出現了！可以說，小小的十維空間包以及它們之間的裂縫存在於我們空間的每一個角落，只要我們有足夠的能量，我們可以在任何地方鑿開一個蟲洞。

大統一宇宙理論

今天，我們深深知道，浩瀚宇宙中所有紛繁複雜的現象都可以追溯到同一個源頭，人類發現的大大小小的規律最終都可以被一個根本的規律所囊括。為了理解這一點，我們以地球生命的發展為例：我們人類不同的人種都可以追溯到同一個起源，而人、猩猩、猿猴又可以追溯到同一個祖先，以此類推，所有的哺乳動物都擁有相同的祖先，所有的動植物也都擁有相同的祖先，最後，所有的生命都起源於同一個細胞——生命只有一個源頭。

宇宙中所有星系的起源也同樣能夠追溯到同一個源頭，太陽系中的星體都起源於同一個星雲，所有的星雲都起源於相同的分子，所有的分子都由那幾百種基本粒子演變而來。這樣，順著時間之流一直向上溯源，我們終於來到了大爆炸開始的時刻，在這裡，空間、時間和物質都是融為一體的，一切都歸結為一點。

宇宙從同一點出發，經過了100多億年的漫長歲月，進化出一個複雜多變的世界，但不管這個世界是如何千變萬化，在所有現象的背後，都有一個最根本的規律在運行，這就是宇宙起點時的源頭規律。這個規律就是一個包羅萬象的規律——所謂“萬物至理”即是如此。

這個“萬物至理”的理論就是超弦理論，它建構了宇宙開始時刻的十維空間圖象，隨著十維空間的崩裂，超弦理論也分裂成兩個理論——相對論和量子理論，此後，隨著物質豐富性的增加，它們又分裂成更多的理論。今天，我們不斷向上回溯，終於描繪出了宇宙大統一的圖景——一個極具神秘色彩的十維宇宙。