第四维 作者:zhouyw 一 教授很舒适的坐在躺椅上,穿着睡袍,头发蓬松,饶有兴致的看着面前的地 球仪。沙发上坐着两位客人,左边那位不停的用手轻敲脑门的是探险家,看上去 三十多岁,精神矍铄,嘴里叼着一支雪茄;右边紧皱着眉头的则是他的助手,一 个二十多岁的年轻人,目前还是个兼职记者。很显然两人都在思考教授的话。 记者终于打破了沉默:“我不明白,教授,您说在二维世界,那里的人看到 的只有直线。而三维空间的我们看到的则只有平面?可我却能看出您坐在桌子后 面,而窗户在您的身后,这足以证明我看到的东西是立体的。” 教授微微一笑:“这是人们经常犯的错误,把表象看成了本质。事实上,如 果只用一只眼睛看东西,您就无法辨别纵向的距离。您以为是眼睛看到了立体的 东西,实际上是两只眼睛分别看到了一个二维图象,立体的感觉则是大脑给您的。” “如果您向我走来,即使只用一只眼睛,我也能分辨出您不是在倒退远离我。” 记者是个轻易不服输的人。 “您又犯了同样的错误。我靠近您时,您的眼睛仅仅看到了我的二维图象在 变大,而大脑则根据以往的经验给了您我在靠近的感觉。” 探险家一直在边上聆听,连雪茄灭了都没有发现。“您的话很有意思,我以 前从没想过这些问题。”他抓抓头发,若有所思。“这真有些滑稽,大脑帮助我 们认识了这个世界,却又阻碍我们看清世界的本质。” “更有意思的是,即使如此,要想看清世界的本质,有时候只有靠大脑。刚 才的几个问题都是些看的见摸的着的东西,弄明白并不困难,但有些事情就不那 么简单了,比如,”教授用力一拨书桌上的地球仪,那个蓝色的球体便咕噜噜的 转了起来,“我们这些三维世界的人如何去探测第四维。” 两位客人望着转动的球面,苦苦思索。 “我们看待第四维,就好象一个生来就失明,不知道颜色为何物的人看待颜 色。你们一定知道盲人摸象的寓言,其实说的是同一个道理感官限制了我们对第 四维的感知。在这种情况下,”教授指了指自己的头,“我们只有借助大脑来寻 找它了。” 探险家重新点燃了雪茄,猛吸了一口。 记者仍然紧皱着眉头,这样的问题对他来说有些深奥。他是个思维敏锐的人, 而且是个记者,即使是不熟悉的领域,他也能提出象模象样的问题,但现在他却 有些疑惑了。 “我们对第四维没有任何感觉,”记者一边说一边斟酌语句,“您甚至就不 能肯定它是否存在。对于这样的东西,我实在无法作出任何想象。” “只要它存在,我们就一定能找到蛛丝马迹。直接的方法不行,可以用间接 的。”教授抬起了头,望着天花板,好让脖子更舒服一些,“比如刚才所说的盲 人,虽然他看不见颜色,但不同颜色的光的能量不同,这就给了他通过温度来分 辨颜色的可能。用这种方法我们发现了看不见的红外线。同样的道理,第四维对 我们的世界一定也会产生可以测量的作用,如果我们找到测出这些作用的方法, 就能‘看到’第四维。” “那您找到方法了吗?”探险家好不容易找到了插嘴的机会,他又点燃一支 雪茄。 “理论上,测量的方法早就有了。”教授脸上稍现犹豫,他说话一向严谨, “但到目前为止,还没有人成功过。也许是因为它实在太微小了,他们的仪器达 不到这种精度。” “哈,那您一定是发明了足够精密的仪器。”记者听懂了精度这两个字,心 里很是得意。 “我的仪器并不比别人精密。事实上,目前在这方面我们已经接近了极限,” 教授作了一个无奈的表情,“不确定原理限制了仪器的精度。” “不确定原理?的确如此,我对它还有些印象。”记者回忆起不确定原理的 内容,感到有些失望,“那我们是没有希望了?” “如果您只想着提高精度,那的确是没有希望了。”教授用手指敲了敲桌面, “但一条路走不通,可以换一条试试。既然无法获得更高的精度,为什么不想办 法提高这种作用的大小呢?低维上的足够的高速会让高维上面多维的扰动更明显 的体现出来!” 探险家听的呆若木鸡,记者愣了半天,很不自信的说:“您是说……扰动?” 教授发现了客人们的窘态,作了个歉意的手势:“我会让你们明白的的。” 他低着头想了几秒钟。 “我们先考虑最简单的情况。”他指着面前的地球仪,“如果把地球的表面 看作二维曲面空间,生活在二维世界的人沿二维曲面快速运动,在第三维方向上 就会产生离心力,他们在第三维上的位移也就会增加。在三维空间,道理也是一 样的。如果我们沿任意方向运动,会在第四维出现位移。只要有足够的速度,我 们就有可能得到足以测量的变化量……” 教授尽可能用通俗的语言的介绍了一遍他的理论。客人们竖起了耳朵,听的 很仔细,现在的内容已经远远超出了他们所能理解的范畴。教授偶尔会说出几个 他们听说过的词,诸如广义相对论、空间扭曲、量子力学之类。幸运的是,最后 一句话他们能完全能听懂。 “所以,速度是我们这次试验成败的关键!。” “速度?”客人们听到他们熟悉的词语,一下子有了精神。 “您很幸运,教授,我的一位发明家朋友刚发明了一种全新的发动机,现在 就装在我的飞船上。”探险家颇为得意,“您要知道,全世界现在只有一台!那 位老朋友很看重我们的交情。” 记者迫不及待的对教授说:“我向您保证,它的速度令人吃惊。” “这也是我找你们来的原因。”教授显然对那台不可思议的发动机早有耳闻。 “有一件事我不太明白,”探险家说,“为什么要选择去木星呢?那样我们 将不得不穿越小行星带。” “选择木星是经过考虑的。”教授解释说,“同样速度下,空间曲率越大, 离心力就越大。空间曲率大意味着引力大。这艘飞船能够到达的星球里,除了太 阳就数木星的引力大了。我们无法靠近太阳,所以只有先去木星碰碰运气了。” “看来我们必须多加小心了。”记者耸了耸肩。 然后,他们又花了几个小时仔细的核对了航行的其他细节。 “两天后飞船就可以等候您的命令了。我会给您和您的仪器留足够的空间的。” 探险家说,他掐灭了最后一支雪茄,站了起来,“教授,今天我获益非浅。如果 不是我们还有很多事情要准备,我真想多留一会儿。” 送走客人后,教授回到书房,盯着桌上的地球仪凹凸不平的表面,陷入了沉 思…… 二 一个月后,探险家和记者再次应邀来到教授的书房里。 探险家习惯性的点燃了一支雪茄:“教授,我参加了这么多次的探险,这次 的经历真是前所未有的。我真是难以想象,”他狠狠的吸了一口烟,“能活着回 来真是万幸。” 记者已经有些迫不及待了,“我猜您请我们来,一定是您对我们这次的奇遇 有了合理的解释!您能否告诉我们,那个奇怪的地方到底是怎么回事,我们又是 如何进入那里的呢?” 教授的脸色有些苍白,几天的休息仍未使他完全恢复。 “很抱歉让你们等了这么久,我不得多不化些时间来考虑这次不寻常的经历。 在没有经过试验验证之前,我不愿意下任何结论。现在所有的疑问都有了合理解 释。在明天的物理学会前,我想先把答案告诉你们。”教授把手放在两位朋友的 肩上,用热切的眼光望着他们,“你们有权分享这一切!” 几个星期的探险经历,已经使他们成为了知己。 “这次的经历让我终生难忘,”探险家夹着雪茄的手有些颤抖,“一秒钟前 我们还在木星边上,一秒钟后就进入了那个地方。” “而且所有的星星都从我们的视野里消失了,”记者说,“除了那个巨大的 红外线幻像。” “那个地方的确不可思议,刚进入那里时,我真有些找不到方向。” 一提起那段经历,教授仍然心有余悸。 “但那个巨大的飞船幻象很快使我意识到,我们被困在了一个闭合三维空间 中了。” “闭合三维空间?”两位客人异口同声的说。 “您是指和我们所在的宇宙完全独立的空间?”记者问道。 “不错。”教授说,“那个幻像其实就是飞船的影子!您可以想象一下,如 果把飞船关进一个完全封闭的哈哈镜中,您会看到什么呢?” 记者稍加思考,便给出了答案:“我们会在周围的镜子上看到飞船的像完全 占满了镜子的空间……哈,我明白了!”但很快他就发现了疑问:“等一等,闭 合空间里没有反射红外线的镜子。” “您的反应很快,”教授赞赏道,“这确实有些区别。在闭合空间里,从任 意方向直线前进,最终都会回到初试的位置,光也不例外。于是船头的光最终会 照到船尾,而船的光将会照到船头。飞船上的全息探测器监测到的图象是一个占 满了整个天空的,类似您在哈哈镜中看到的红外线图象,只是转了一个方向。” “我明白了!您后来放出的那个探测器一定是为了验证您的猜测的吧?”记 者看来是真懂了。 “正是!”回想起当时的情景,教授很是兴奋,“我以前经常在脑海里想象 类似的情况,但从来没想过真能通过实验来验证!我放出那个探测器,然后让飞 船保持直线全速前进。一个小时后,我们就回收了一个相同的探测器。然后我们 马上沿原路返回,没有找到先前放出的那个。这就很明显了。” “原来如此!这么简单,您当时就应该告诉我们的!”探险家恍然大悟,语 气上有些埋怨,虽然他知道这是教授的一贯作风,“但您还没有解释我们是如何 进入那个空间的!” “这个问题的确有些棘手,”教授擦了擦额头的汗,“根据理论,高速运动 会在高维上产生扰动,这个词你们现在应该明白了,但要想使扰动强到把我们扯 离所在的三维空间,所需的速度将超越光速!” “这是不可能的,况且我们永远无法达到光速!”记者插话说。 “所以我感到很疑惑,而且当时的情景使我无法静下心来思考。” 探险家微笑道:“我记得您当时在飞船里来回踱步,大发脾气,还不停的叫 我改变飞船的速度。这可不是您的一贯作风。” “咳,我当时的表现一定是糟透了。每次在实验中找不到方向时,我都会采 用这样的方法,不停的改变条件,即使是最不可能的条件,从中观察异常现象, 只是当时我有些神经质。幸运的是,您还是照我的吩咐做了,这使我有机会从测 量仪器中发现了问题的关键!” “所以您马上大笑不止,我当时真有些担心您。”记者的嘴角挂着一丝笑容, 他对当时的情景记忆犹新。“那您发现了什么?” “测量仪器显示了异乎寻常的扰动,大到足以使我们脱离所在的空间!”说 到这儿,教授不禁有些懊恼,“我当时真象个傻瓜,否则意外刚发生时我就应该 意识到,最后在木星附近的那次加速是这次事件的关键!” “难道加速会产生强扰动?”记者对这个理论已经有所了解了。 “这个问题我当时也没有想通。不过通过几次加减速,我找到了规律,据此 就可以回到我们原来的空间。虽然有些冒险,但在那种情况下,我们不得不冒这 个险!还有一个很重要的问题,我们应该从哪里出发,才能回到准确的地方。如 果计算出了差错,我们很可能会直接撞到木星上!” 探险家感到后脑直发凉,他明白了教授把自己锁在房间里几乎整整一天的原 因。 “那您是如何算出来的呢?您连扰动产生的原因都不知道。”记者的声音中 充满了后怕,他没有想到当时的情况会是这样。 “这就要归功于您的全息摄象机了。”教授好象故意在吊记者的胃口,走到 窗边,开始欣赏外面的花园。 记者刚要说话,探险家却先忍不住发话了:“您从中看到了什么?” “那架摄象机记录了我们进入闭合空间前后,飞船所接受到的所有信号。” 教授重新坐到了躺椅上,慢条斯理的解释,“还记得刚才说的幻像吗?这个幻像 的各个部分并非同时出现,而是有先后次序,因为各个方向空间的长度不同。根 据光线到达的时间,便可以算出闭合空间各个部分的曲率,再将它和木星附近的 空间曲率作比较,就可以大致推出我们的入口。” “您干的太出色了,”探险家叫道,“我们回去的位置真是太理想了,您救 了我们大家!” “确切的说,是我们大家一起救了自己。”教授严肃的说,“没有你们的帮 助,我是不可能这么快就想出回来的方法的。” “但您还没有解释那个不寻常的扰动出现的原因!”记者仍然保持着冷静。 “从木星回来的路上,我一直把自己关在房间里,就是在考虑这个问题。一 直到前天,我仍然没有任何进展。最后我才发现,我一直把注意力集中在‘加速 ’上,而忽视了真正的关键那台不同寻常的发动机!” 三 “您是指我那位发明家朋友的杰作?”探险家一扬眉毛。 “其实刚上飞船时,我就看出了那台发动机极不寻常!”教授歪着脑袋,回 忆着当时的情景。“整艘飞船没有携带任何固体燃料,只有一个核能电池。这就 意味着这艘飞船的推进原理同我们以往的那些依靠喷射气体的反作用力来产生推 力的笨重家伙完全不同。” 教授两眼发光,好象猎人找到了猎物。 “我当时以为飞船是借助磁场的反作用力来产生推力,但前天我和发明家作 了一次长谈,才发现并非如此,事情远比我想象的要复杂,因为就连发明家自己 都不明白发动机的原理!” 探险家张着嘴,半天没有合拢。 “您是说发明家制造了这台发动机,但他自己却不明白它的原理?您一定是 在开玩笑!” “这种事情不太常见,但曾经发生过,微波炉就是一个例子,它的发明比原 理的发现还要超前。其实这并不奇怪,”教授揉了揉太阳穴,“原则上,只要掌 握了客观现象的规律,无需知道它产生的原因,就可以利用这个规律制造出有用 的东西。而理论解释的作用在于可以通过它推出更多的规律。在科学上,这是由 实验到理论的一次飞跃!” 记者表示赞同:“从哲学角度说,这就叫感性认识上升到理性认识!” “完美的哲学!”教授赞叹道,“那台发动机的出现源于一次实验中的纯属 偶然的误操作。在那次实验中,一个物体受力产生了微弱的运动,但却找不到接 受反作用力的物体。您那位发明家朋友有很强的观察力,他捕捉住了这个现象, 并很快意识到这一现象的意义,于是便有了那台奇妙的发动机。遗憾的是,他的 物理知识远不及他的在机械制造上的才能,否则他应该马上想到这对物理学来说 意味着什么。” 大家屏住了呼吸,等候教授的下文。 “你们一定知道动量守恒定理,”教授继续解释,“在物理上,质量和速度 的乘积被称为动量,它等于力与力的作用时间的乘积。作用力和反作用力总是成 对出现,并且大小相等,方向相反,这就保证了闭合系统中的总动量保持不变。 如果只出现了作用力,而没有反作用力,动量就不再守恒了!” 探险家听的一头雾水。“那么这意味着什么?” 教授用很同情的表情看了他一眼。“这意味着,您打台球时,还没有出杆, 球就有可能自己动了起来。” 探险家和记者都是台球高手,听了教授的话,不禁相视一笑。 “这真是太离谱了!”探险家拍手笑道。 记者小心的问:“如果连基本的定理都被推翻了,那物理学不就崩溃了吗?” “这也是我的第一反应。”教授点了点头,“对物理学来说,推翻了动量守 恒就好比一座大厦被抽去了底层一样,所以下这种结论不能不慎重。我在更严格 的环境下重复了很多次那个实验,排除了所有我们已知的远程力可能造成的影响, 每次都得到相同的结果。当时我的心情真难以形容。” “台球自己动起来,或许是风吹的,而您离的太远感觉不出来!”记者还在 想台球的事。 “您说到点子上了,”教授笑道,“您对物理一定很有天分。用物理的语言 说,这就叫系统不是闭合的,因为没有把风考虑进去!我们这次探险中所测到的 扰动使我想到,那台发动机会在第四维的方向上产生作用力!这也是飞船前进的 动力,我们找不到施力物体是因为它不在我们的空间里,而是位于另一个空间! 后来的几个实验证明了我的想法。动量守恒并没有被推翻,只不过它被推广到了 四维空间!” “那我们是怎么进入……”探险家仍然不明白。 “在这种力的作用下,加上空间扭曲,我们就被拉进了那个闭合空间。” 探险家终于得到了盼望已久的答案。 “我虽然没有完全听懂,但我知道这对物理学一定很重要,我们总算没有白 受罪。”他伸了个懒腰,长长的舒了一口气。 “对人类的所有领域都是一次飞跃!其中有一个,所有的探险家都因此感激 你们的。”教授缓缓的说,“如果我们能自由的在第四维上运动,那我们就有可 能实现空间跳跃,想去多远就去多远。原来的那个发动机只能征服太阳系,而将 来我们就能够征服整个宇宙!” 三个人都陷入了遐想,想象那曾经遥远的未来!