《三体》中的降维打击，在物理世界真的存在？

来源：墨子沙龙（ID: MiciusSalon）

在《三体Ⅲ》中，自从“万有引力”号飞船启动引力波发射器广播了三体星的坐标，太阳系和三体星系就成为“死神瞄准的地方”。

三体舰队撤出太阳系，在宇宙中寻找新的家园，人类与三体人之间的恩怨就此了断。人类进入广播纪元，小说也进入新的篇章。

针对太阳系的黑暗森林打击很快到来，而毁灭太阳系的武器比当年打击三体星的光粒攻击要高级得多——它是降维打击！

通过观察，我们知道宇宙在空间上是三维的。所谓降维打击，就是把太阳系内的空间维度从三维降到更低的维度，例如二维。二维就是一个平面，它没有厚度。因此，降维打击就像云天明的童话中针眼画师的魔法一样，把一切都画在画中，同时也消灭了一切。这种既彻底又唯美的毁灭方式，人类闻所未闻，它来自宇宙中的高等文明。

“三”的综合征

“三”这个数字很神奇。在我国古代的文章中，常用它指“数量很多”的意思，例如“三人行”、“三生万物”。古人认为，事物凡是发展到“三”的阶段，就能出现万般变化。当然，《三体》也是从“三体问题”这个会出现混沌现象的天体问题开始的。

不过，为什么我们的宇宙只有三个空间维度，而不是四个，或者更多呢？

小说第三部借人物关一帆之口回答了这个问题。

（关一帆：）“除了每秒三十万千米的光速，（宇宙）还有另一个‘三’的症状。”

（韦斯特医生：）“什么？”

（关一帆：）“三维，在弦理论中，不算时间维，宇宙有十个维度，可只有三个维度释放到宏观，形成我们的世界，其余的都卷曲在微观中。”

（韦斯特医生：）“弦论好像对此有所解释。”

（关一帆：）“有人认为是两类弦相遇并相互抵消了什么东西才把维度释放到宏观，而在三维以上的维度就没有这种相遇的机会了……这解释很牵强，总之在数学上不是美的。与前面所说的，可以统称为宇宙三与三十万的综合征。”

摘自《三体Ⅲ》

关一帆提出关于宇宙的“三与三十万的综合征”，其中“三十万”指真空中的光速只有每秒三十万千米，而“三”指人类在宇宙中只能看到三个空间维度。

这的确是一个有趣的问题。空间会不会不止三维，还有更多的维度，只是它们太小而我们无法察觉到呢？

打个比方，有一根很细的管子，从远处我们只能看到它是一条没有粗细的线段，这符合一维物体的特点。然而，我们近距离再来观察它，就会发现它是一个很长的圆柱体，里面是空心的——原来，它是一个三维的物体。从远处看时，这根细管在第二个和第三个维度上的表现与它的长度相比太小了，因此一开始被我们忽略了。

那么我们会不会也是这样忽略了宇宙中其他维度的呢？这个问题现在还没有标准答案。不过，在探寻空间维度的历史上，有很多人做过勇敢的尝试。

隐藏的维度

1864 年，麦克斯韦提出电磁方程，人们认识到了电磁力的规律。1916年，爱因斯坦发表了具有划时代意义的广义相对论，指出万有引力的本质是时空的弯曲形变。此后，一个问题困扰着物理学家：有没有一种理论能够统一解释电磁力和万有引力这两种基本力呢？

1919 年，爱因斯坦收到德国一位名不见经传的数学家卡鲁扎寄来的一篇论文。在短短的几页纸上，卡鲁扎提出了一种把这两种力统一起来的方法。方法并不复杂，但是很大胆，那就是假定宇宙并不只有三个空间维度，而是有四个，在此基础上对爱因斯坦的广义相对论方程做空间维度的扩展，就能推导出麦克斯韦电磁方程。

这可真是一个天才的发现！可是，问题是从来没人见过第四个维度。据说爱因斯坦当时差点儿把这封信随手扔掉。

7年以后，瑞士物理学家奥斯卡·本杰明·克莱因提出，三维空间中的每一个点都有一个多出来的维度，只是它很小并且是蜷曲成环形的，我们现有的观测设备不足以发现它，他把这叫作“隐藏的维度”，这就是“卡鲁扎-克莱因理论”。这一理论认为宇宙有四个维度，只不过第四个维度隐藏了起来。

那么，这个隐藏的维度到底有多小呢？克莱因说，它只有普朗克长度的大小。我们知道，普朗克长度是量子力学中的概念，它远远小于我们现有观测设备可以测量的最小长度的极限，也就是说我们不可能直接观察到它。

除了额外维度的大小，如果有人问克莱因：“为什么宇宙非得有四个空间维度，而不是五个、六个或者七个呢？”他肯定回答不上来。因为那时还没有理论能够说明额外维度的数量到底有几个。

卡鲁扎- 克莱因理论虽然有可能统一解释电磁力和万有引力这两种基本力，但在此后的30年间，人们逐步认识到自然界有四种基本力，而这一理论无法完成进一步的统一。目前能够解释这些力的基础理论是相对论和量子力学。

四种基本力的统一，意味着相对论和量子力学的融合，然而这对物理学家来说似乎是一个不可能完成的任务，我们只能期待今后的新发现。

弦的世界

1968年，意大利物理学家加布里埃莱·韦内齐亚诺在研究高能粒子碰撞的实验数据时，发现了一个可以用来解释碰撞结果的公式。随后人们发现，这个公式意味着可以不把基本粒子当作点，而当作一维的线段（即一根根的“弦”或者“橡皮筋”）。

原来，强相互作用粒子都是“橡皮筋”，通过相互碰撞来交换能量，它们同时也在不停地振动，振动的不同形态就对应了不同类型的粒子。

弦理论横空出世，它打开了一扇通往新奇世界的大门。

一开始，弦理论主要针对强相互作用粒子，描述的是被称为“玻色子”的粒子。1971 年，法国物理学家安德烈·内沃等人把“费米子”引入弦理论，使弦理论具有玻色子和费米子的对称性，即“超对称性”。

新的弦理论可以将宇宙中所有的粒子和基本力都表述为微小的超对称弦的振动，这就是“超弦理论”，它有希望统一所有的力和粒子。这是弦理论的一次革命。

超弦理论预言了宇宙的空间维度的数目。在超弦理论中，空间的维度是九维。要知道，在超弦理论之前，没有任何理论说过空间维度应该有多少个。从牛顿到麦克斯韦，再到爱因斯坦，每一个理论都假定宇宙只有3个空间维度。

不过，这6个多出来的维度到底在哪里？人们不禁想到了几十年前的卡鲁扎-克莱因理论。这个理论认为宇宙空间是四维的，多出来的一维蜷曲成很小的环形，隐藏了起来。然而，现在一下子多出来6个维度，它们应该是什么形状的呢？

在弦理论出现之前，在几何学领域曾有人发现存在一类极其复杂的空间形状，叫作“卡拉比- 丘成桐空间”，它在数学上是六维结构。这个结构是两位数学家发现的，他们分别是意大利几何学家卡拉比，和美籍华裔数学家丘成桐。

超弦理论认为，这多出来的6个维度正蜷曲在卡拉比- 丘成桐空间里。这个空间的尺度小于亿亿亿亿分之一米，只有质子和中子半径的亿万分之一！我们无法用任何办法观察到它，只能大概描述它的样子：它看起来就像是被揉皱了而攥成团扔掉的草稿纸。不过，真正的卡拉比-丘成桐空间的迂回曲折可比我们随手一攥一拧弄出来的形状复杂得多。

关于这个九维的高维空间，我们可以这样想象：在我们的三维世界中，空间的每一个点实际上都不是一个普普通通的点，而是一个复杂的“小纸团”，只是这个“小纸团”都很小很小。《三体》里对高维空间的结构有很好的类比描述。

……人们在三维世界中看到的广阔浩渺，其实只是真正的广阔浩渺的一个横断面。描述高维空间感的难处在于，置身于四维空间中的人们看到的空间也是均匀和空无一物的，但有一种难以言表的纵深感，这种纵深不能用距离来描述，它包含在空间的每一个点中。关一帆后来的一句话成为经典：“方寸之间，深不见底啊。”

摘自《三体Ⅲ》

不过，超弦理论遇到的问题并没有就此得到解决。实际上，卡拉比- 丘成桐空间不止一种，而是有成千上万种，它们都是六维的。到底哪些卡拉比-丘成桐空间能构成宇宙的额外维度呢？有关弦理论，还有许多值得我们探索。

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