【全球速看料】降維打擊的神奇原理——兼談空間維度

作者：郭軍

(資料圖片)

【掩體紀元67年,“星環號”】

“打擊警報出現了嗎?”程心問，曹彬點點頭。

……

“為什么還不進掩體?!”AA指著舷窗外的太空城組合體問。

“沒有必要了,掩體沒用。”曹彬垂下眼睛說。

“光粒現在距太陽有多近了？”程心問。

“沒有光粒。”

“那你們發現了什么？”

曹彬凄慘地笑了起來,“一張小紙條。”

這是著名科幻作家劉慈欣系列科幻小說《三體：III死神永生》中在“掩體紀元”的開啟段落。地球坐標被暴露后，外星文明歌者向太陽系發射了一片“二向箔”,把太陽系由三維空間降維至二維空間，所有的星球和星球上的立體物都被壓扁為沒有厚度的平面圖畫，生命體也就隨之全部被毀滅了。這個打擊方式被讀者命名為“降維打擊”，后來這種說法在商業領域得到快速傳播，又被用于形容一種商業思維，即擁有高端技術的群體直接進入低端技術群體的領域，對后者形成碾壓式的打擊，類似于恃強凌弱、以大欺小和技術碾壓。

*《三體III·死神永生》書封

其實早在四十年前的美國科幻大片《超人2》中，就出現過類似的情景：三名叛軍將領被壓縮進一塊平面晶片中監禁，流放到外太空。在進入太陽系后，因氪星爆炸沖擊導致晶片破裂，三人被釋放出來，于是就來到地球上尋找超人復仇。這個場景可以稱為降維打擊的雛形，所不同的是，影片中人體被壓縮到二維平面內生命尚存，所以并不是絕對意義上的“降維”，而可以視為“縮維”。

空間維度是一個常見的物理概念，直觀的解釋就是，一個圖形的維數可以認為是一個人要想達到這個圖形中所有的點，需要運動的所有不同方向的數目。例如：零維空間，可以理解為一個無限小的點；一維空間，可以理解為一條直線；二維空間，可以理解為一個平面（有表示長寬的X軸和Y軸）；三維空間，可以理解為一個立方（有表示長寬高的XYZ三個軸）。那么四維空間是什么樣的呢？

* 零維到四維的概念圖示

四維以及更高維度的空間目前還只是純理論概念，最早由十九世紀的德國數學家黎曼創立的黎曼幾何提出。愛因斯坦建立廣義相對論的時候，就受到了黎曼幾何的啟發，并且引入了它的具體概念，以解釋四維空間當中的幾何結構和物質分布運動是存在“密切聯系”的。

簡而言之，四維空間，也叫做“歐幾里得四維空間”，是一個數學概念，也可以拓展到n維；四維空間的第四維指與x，y，z同一性質的空間維度。但一般人提到“四維空間”時，卻經常會把它單純理解成愛因斯坦在相對論中提及的“四維時空”（又叫做“閔可夫斯基空間”），二者其實不是等同的關系。

“四維時空”中的第四維專指時間，許多科幻作品中的“時間旅行”、“穿越”等場景就是基于這一科學原理。按照愛因斯坦《相對論引論》中的論斷，時空在接近光速的時候才會發生變化。因此，只有在運動速度達到光速或者是非常接近光速時，人類才有可能進入四維空間（其實是四維時空），而這是在可以預見到的未來仍然不可能發生的事情。

人類所處的空間是三維的，可以把三維空間理解成無限多平行平面（即二維空間）的堆積。四維空間則是一個需要四個不同方向才能到達其中所有點的空間，這種空間也可以認為是無限多平行的三維空間的堆積。要理解這個概念，可以想象一下把一張張二維紙張并列疊起來的過程。如果不把它們一個個堆疊起來，這些紙張就不會延伸進三維空間。以同樣的方式，要想進入四維空間，就必須向一個新的方向運動，這個方向必須是在三維空間以外的。也就是說，四維空間可以被認為是“運動的三維空間”。

物體（包括生命體）從高維度空間進入低維度空間，必然會進行結構重組，被低維度空間同化，遭到徹底的改造和傷害。例如三維空間的人體“二維化”后，就會被壓縮成沒有厚度的薄片，失去了生命，因此，“降維打擊”一說是有一定科學道理的。但是“降維”攻擊是使三維物體“坍塌”到二維，可以想象，這個過程必然需要消耗極其巨大的能量。《三體》中對于降維打擊所需的能量來源是缺乏描述的，只是泛泛地說，“歌者”從長老那里求得了一塊二向箔，通過接近光速的飛行器發射到了太陽系內，然后就完成了全面打擊，“奇幻”意味十足。

而從低維度空間進入高維度空間，也是一個充滿想象力的運動。以目前人類的認知和科技水平，我們還無法進入到真正的四維空間，有太多的現象無法預測，但這并不妨礙科幻作家對此進行想象。可以比較肯定的是，低維度物體本身不會受到傷害，例如，一個紙片人被擺放到三維空間內，依舊可以維持它的形狀和“生命”（如果有的話）。

在高維世界中，低維度物體可能處于對高一級維度“可望不可理解”的處境，就好比地面上的螞蟻仰望人類世界，無法理解人類的活動和建筑到底有什么意義。如果三維世界的人類能夠進入四維或更高維度的世界，必然會對高維空間內的現象和物體茫然無知。然而，在高維世界回望其同維度世界會有意外的收獲嗎？

在科幻大片《星際穿越》中，宇航工程師庫珀在其飛船進入黑洞被毀，自己彈射逃生后，發現自己身處一個非線性流動的第五維度超正方體。在迷茫的漫游之中，庫珀竟然看到了三維世界中的女兒墨菲，于是他把取得的黑洞數據以引力波的方式透過女兒的手表傳送給她。成人墨菲在回憶此事時終于發現了父親的訊息，完成了布蘭德教授的方程，使人類得以離開地球，前往環繞著土星運行的空間站居住。這個科幻片段寓意著：處于高維度空間內的生命體對其同維度空間內的事物也許會有意外的觀察或溝通通道。

* 電影《星際穿越》劇照

如果人類能夠在高低維度空間之間來去自由，例如，在三維和四維之間往返運動，將會顛覆對很多物理規律的認知。一個淺顯的比喻是，三維世界的人可以很輕松的從高度維度上抓取在二維紙面上爬行的一只螞蟻，而這只螞蟻到死也不會明白自己為何怎么努力也無法逃脫上方的魔爪。在《三體：III死神永生》開篇故事中，君士坦丁堡女魔法師狄奧倫娜意外地進入了某個四維空間墜入三維空間的碎片，從而可以從第四維度隨意進入三維空間的任何地方，輕而易舉的拿取了密室中的圣杯，甚至可以輕松取出人的腦髓而不破壞顱骨。從某種角度來說，進入四維空間的“人”已經不再是普通意義上的“人”了，而是變成了更高級的四維生物。那么，人類是否有一天真的能達到這樣在各種維度間穿梭自如的程度，讓我們一起拭目以待。

本文來自： 中國數字科技館

標簽： 四維空間 三維空間 二維空間 愛因斯坦 四維時空