一个关于维度的思考

前两天想到的一个关于维度的思考,似乎晚上有过相关的梦境。

我们知道,一维为点,二维为面,三维为体。

那么要观察一维,必须跳出一维,起码是另外一个一维,才能看到前一个一维。同理,观察二维,在同一个二维世界里是看不到全貌的,想象一下,我在一张纸上画一个眼睛A,然后再画一个眼睛B,眼睛B要想看到眼睛A,在一个二维里是不能的,即便它能任意走动,那么看到的眼睛A也就是忽而长,忽而短的一条直线,假设它有智慧,最多也就能推断出眼睛A的长度,宽度,数学够好的话,或许还能计算出眼眶的弧度。但是要看到眼眶里面的眼珠,那是不行的。

所以我必须把眼镜B剪下来,放到另一个二维空间中,它才真正看到了眼睛A,看到了完整的眼睛A之后,它会感到惊叹,原来二维世界可以这么复杂,在它原来的感受中,二维世界只是长长短短的线条,而现在二维世界竟然是这么精彩纷呈,它甚至可以看到别的,绘画、文字、各种艺术形式,或许还可以看电影,因为电影也不过是动态的二维世界构成的。

那么眼睛B是非常幸福的,它是二维生物中见世面最大的了。可是,二维世界里能够产生生物形式,甚至具有智慧的生物吗?这个不清楚,至少无法实证。

那么我们再推一层,三维世界是怎么样的呢?我们就是三维世界中的生物,而且是具有智慧的生物。那么我们所看到的是什么呢,是三维的"长长短短",我们只能感受到三维空间所禁锢的范围,我们看到,摸到,听到,嗅到的一切,都必须在三维空间内,而且只是三维的局部,而远远不是全貌,这种悲哀,就跟眼睛A、眼睛B一样,它们处于同一个二维世界中,互相看到的也仅仅是"二维的局部"一样。

从观察的思路出发,我们首先探讨"另一个三维空间"的可能,就跟眼睛B来到另一个二维,这能大大拓宽其观察的范围,从而完整地看到眼睛A的面貌,请注意,这时看到的眼睛A是基于三维角度的观察,虽然眼睛A、眼睛B都仍然停留在二维空间中,但它们的位置关系的变化,实际上构成一个三维空间。眼睛B眼中呈现的眼睛A是跟三维生物,比如人类,呈现的一样的。也就是二维生物获得了三维生物的同等感官,但这并非意味着二维生物升级成了三维生物,它只是有了一个三维的视角而已。

那么,作为三维生物的人类,如果我来到了另一个三维空间,我会看到什么呢?我会得到一个四维生物所拥有的视角,就如同四维生物看到的全面的三维生物一般的视角,巨大的几何级的信息量会把我搞蒙的,四维生物看来很平常的景象,在我眼中简直是一次感官爆炸。

要怎么形容这种爆炸呢?还是来假象一下眼睛B的感受吧,它一直以为眼睛A就是一条线,就算足够聪明,也顶多认为眼睛A是一个弧形构成的闭合的曲线,而当它看到完整的眼睛A时,一定会发蒙,原来是这样的,眼睛A上面有睫毛,里面有眼珠,眼珠里还有瞳孔,甚至能观察到细密的布满血管的纹理。眼睛B能接受这么大的信息并理解这个世界吗?我很怀疑。

因此,我也很怀疑,当我们面对一个展现在面前的四维视角的三维世界,我们是不是能够理解和接受,那将是比二维跃升到三维庞大得多的世界。复杂到什么程度呢?从数学的角度,我们再举个例子,二维生物在同一个平面观察围棋棋盘,只能看到外围四条边,4个定点链接而成,直线的信息量是4条。来到另一个二维空间看,这是一个纵横各十九条线构成的平面,一共有361个交叉点,如果要逐点描述每一条线段,就相当于把361个点两两排列组合,我数学不好,这里求达人提供答案。

那么如果这个围棋棋盘是三维结构呢,一个正立方体,每边19条线段构成,求所有的线段组合。这还仅仅只考虑线段,延续二维生物的思维习惯,只看其中由两点构成的直线。事实上,作为三维生物的人类,对面积、体积有着先天的认识,那么信息量将进一步被大大地扩大。

所以,我很难想象从另一个维度来看我们这个世界,到底是什么样子的。刘慈欣在小说《三体》中构想过此类场景,所有的三维物体在四维碎片经过的地方,将展现一切细节,各种穿越,隔空取物,远距离感知都轻而易举,这或许是一种想象的真实。

我一直觉得,把第四维度定义为"时间"有点草率了,如果二维世界存在生物,它们同样可以有生老病死,同样有各种历史,同样有时间观念,那么如果它们把三维定义为"平面+时间",显然是有问题的,因为时间这个维度带来的可变性实在太大了,而且时间构成的因与果,带有非常大的偶然性。还是拿眼睛们来比喻,它们互相看到完整的平面形象之后,就可以开始想象其三维构成,在工程学上,眼睛B只要看到了眼睛A的"三视图"就能想象出来一个三维世界的眼睛的样貌。但是如果给到它的另一个维度是"时间",那么眼睛孕育之初是个细胞,眼睛死亡分解之后是尘土,眼睛A仍然会对"平面+时间"的三维眼睛的想象一筹莫展,更何况每个眼睛的命运或许不同,万一那个眼睛是夏侯惇的呢,某天被羽箭射中(据说还是被夏侯惇自己吞了的)。

那么四维的另一个维度到底该是什么呢?三维是用长宽高来衡量的,那么衡量第四维度的是什么工具和单位呢?这个问题实在太深了,好像物理学中的量子力学正有这方面的探讨,我还没空好好研究(更大的可能是研究了也不懂),还是算了吧,就当这场梦做醒了罢。

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