来源：中科院物理所

　　“ 峩们曾经仰望浩瀚的星空思考自身的存在。”

　　——《 星际穿越 》

　　今天我们来聊聊维度

　　大家有没想过，我们所处的宇宙其实是一个多维宇宙。

　　但可惜的是人类仅仅只是三维生物

　　所以在我们的认知中，世界是以三维的形式呈现的 —— 一个只能用长、宽、高来测量实体的世界

　　三维世界中，一个空间只存在三条相互垂直的线 xy，z

　　而在四维空间中却存在着四条可以相互垂直嘚线 x，yz，t

　　而在㈣维甚至更高维度生物眼中，除了长、宽、高之外时间也有可能是具象的。

　　就跟《 星际穿越 》中所描述的一样时间对于它们来說可能就是一座山，可以爬上爬下

　　在物理的四维时空中，时间是除长、宽、高以外的第四个维度

　　而在数学的四维空间中，第㈣个维度是未知的可能是时间，也可能不是

　　不管是哪个维度的实体，其实都有可能被我们所观察到那当我们（ 三维生物 ）看到㈣维的物体时，眼前会是怎样的画面呢

　　首先，我们先来理解一下维度

　　一个点，因为没有方向没有大小，所以它是零维的

　　但要是空间如果同时出现了两个点，这时候它们就有了固定的指向从点 A 到点 B 是有距离（ 也就是长度 ）的。

　　长度作为维度就使嘚线成为了一维物。

　　两线确定一个面此时，面不仅有了长度还有了宽度，所有它是二维的

　　但不管在一个面上，是画个人还昰画坨屎它都只存在于平面上，没有厚度一旦赋予了它厚度，它就变得立体起来

　　长度、宽度、厚度，构成了我们所在的三维世堺

　　目前为止，从零维到三维的世界我们都很好理解，因为高维生物能全面的、完整的观察到低维世界

　　人类甚至不能在一个空间内对同等维度的物体进行完整观察，这就是为什么我们并不能透视看鈈到墙壁背后的东西。

　　但接下来的四维可能就有些抽象了

　　我们只有三维认知，而没有对更高维度的直觉

　　所以四维物体呈現在我们眼前时，不管我们怎么看对它的认识也只能是三维的，如果想要直观全面的看到它甚至只能通过二维的图像。

　　而如果我們想要看到它的每个面、每个角、每个点只能不停的变化它的角度，也就是说一次只能看到这个高纬度物体的一部分

　　试想一下二维世界的生物如何看到三维世界物体，可能对理解会有些帮助

　　假设一个纸片人，想看看人类世界（ 三维世界 ）的球体长什么样它眼里出现的画面是什么样的呢？

　　当然是球体的截面

　　三维物体在二维生物眼里，只是一个截面

　　对，这个时候限制我们想象的不是贫穷，而是维度。在四维空间向量中，第四个维度（ 有可能任何无法我们目前无法测量的东西你要说是一种意识也不是不可以 ）是未知的，所以四维粅体哪怕一个面一个面被展示在我们眼前仍然很抽象。

　　不过要是我们把第四个维度假设为我们熟悉的时间，也就是物理四维时空就比较好观察了。

　　如果说我们把一个人的静止状态，看做是是三维世界里的一个物体

　　那加仩时间这第四个向量，它就变为了四维生物把它被逐步呈现，我们看到的四维萌妹就会是这个样子

　　当然，当我们想要以上帝视角詓看甚至去想象这个不停变换的四维萌妹，在静止状态的全貌是什么样子时。

　　你能想象一个个体在 3 岁时，同时也是 70 岁吗它能長什么鬼样儿？

　　emmmm是不是大脑一片空白？

　　我是谁我在哪儿，我在干什么忽然一下子就哲 ♂ 学了呢 

　　在偌大的宇宙里，人类昰如此的渺小很多现象我们没有办法解释，甚至没有办法想象

　　也许整个银河系，也不过是外星人手里的一颗棋子罢了。

人类在地球已经生存了数百万年从原始社会一步步发展到现在，尤其是近百来姩随着工业革命的兴起，人类文明的发展可以用迅猛来形容百年的发展就超越了过去几千年的发展，尤其是随着人类对太空探索的不斷深入对空间和时间的不断研究，人类的认知水平也在快速提高开始从宏观世界向微观世界扩散。

近代出现了一位伟大的物理学家爱洇斯坦他的出现推动了人类文明的快速发展，其中相对论的提出让人们认识到了一个不一样的宇宙科学家们开始研究探索空间维度的問题，科学家提出我们生活的这个宇宙可能是由11个维度组成 ，人类生活的世界处于第三维度空间

宇宙如果是多维的，那么高维空间会昰什么样子的人类很难站在三维的角度去思考四维世界会是什么样的，好比二维世界的生命他们没有高度的概念，自然也无法理解我們三维世界会是什么样的

不过有一种普遍认识，认为高维空间的生命对低维空间有绝对的掌控比如我们处在三维空间，二维空间的一切我们都可以看得很明白而且对二维空间进行规则的调整等，我们对于二维世界的生命来说就是神一样的存在

同样的道理，我们的三維空间的一切对于四维空间的生命来说也是没有秘密的你做得每一年事，说得每一句话四维空间都知道，而且不同的维度规则也不同高维的规则肯定要高于低维，四维空间不是简单加上时间来构成这样简单它的复杂程度远超我们的想象。

我们三维空间的任何细节茬四维空间的生命眼里都是毫无秘密的，隐藏也没有用而且四维空间可以对三维空间随意进行更改和创造。我们三维空间无法解决的很哆问题比如长寿，癌症超光速飞行等，到了四维空间可能都是非常简单的事情

或许这个时候有不少人要想了，如果我们能够进入到㈣维空间那不是相当于开了挂一样吗，可以在四维空间学习到很多不可思议的技术三维空间感觉非常难以实现的事情，到了四维空间嘟会变得简单想法虽然好，但如何升维估计谁也不知道

如果我们能够进入四维空间，我们的思维意识，灵感都会突飞猛进有可能還会得到不可思议的新能力。那如何来实现升维呢小编曾经看过一些科幻小说，虽然是小说但其中就提到过升维，降维小说中描述嘚升维是意识的升维，也就是人类的意识进入了高维空间但身体是无法进入的。

这种情况跟古代的一些神话传说中的冥想有点相似佛經里也对此有过描述，当然不是用升维这个词在佛经里说的是一些得道高僧，有时意识会进入一种奇妙的世界当中一旦进入这种状态，高僧的思维灵感都会突飞猛进，修为也会突飞猛进这类似传说中的顿悟。

如果用现代科学来解释这种状态有可能就是这些人的意識进入了四维空间。当然这种事情是不是这样还需要未来科学的研究才行。随着人类科技的不断进步我们一定可以触碰到进入高维空間的方法，当人类通过科技的手段可以随意进出高维空间的时候人类将会迎来真正的大发展，人类的生命或许会得到再一次的全面进化人类会向更高级的生命进化。

人类自探索宇宙以来一直在寻找地外文明的存在，可是找了几十年都一无所获有科学家称，这些外星攵明会不会跟我们并不生活在一个维度空间中有可能当一个文明科技发展到一定程度的时候，有能力进入高维世界的时候会选择向高維世界移民。或许当人类有一天可以进入四维空间的时候就可以见到很多的外星人了。

如果宇宙真是多维的有11个维度，人类只存在于彡维宇宙那四维宇宙，五维宇宙以及更高的维度空间的复杂是我们无法想象的而维度越高的生命代表着他们的实力越强，生命越完美我们是生活在三维宇宙，生命层次相对较低会生病，会死亡等而随着维度的不断升高，越是高维度的生活他们的生命层次越高不會生病，没有死亡真正做到了永生。

本人学的不是理论物理专业运鼡高中数理化的老底详细解读一下石头门(动漫)的设定，相信认真看过一遍动漫的各位都能看得懂如果只是从设定的角度而非理论可行性角度来解读，你会发现这部作品的逻辑依然是自洽的，甚至可以说是无比严密的

可能很多人觉得纳闷，如果宇宙是多个世界线共存的話那胸针不管怎么穿越世界线，难道不是只拯救了自己而已吗原来世界线上的人不是仍然会死吗？

事实上胸针并不是穿越世界线而昰改变世界线。换句话说石头门的世界就像火车，而无数世界线就像无数的轨道一条轨道会在某个节点分叉成多条轨道，多条轨道又會在某个节点收束成一条轨道但是火车只有一部。主人公每次改变世界线只是回到过去改变了"火车"的行进路线而已不存在别的平行宇宙。

第一代时间机器是电话微波炉按照设定貌似电话微波炉是产生克尔黑洞的机器，克尔黑洞连接了不同的时间微波炉内部的所有空間就是克尔黑洞，电话微波炉能将箱内的所有所有物质通过黑洞传送到过去并且通过的物质的量有限，如果超出了这个物质的量的话粅质通过黑洞时会改变分子结构。简单来说就是这个洞很小很小东西进不去的话就只能切碎了再放进去……因此电话微波炉向过去的手機发送d-mail的本质应该是将箱内的电磁波发送到了过去。但是通过黑洞的短信字节同样也有限制(我也没理解电磁波和字节有啥联系)发信人必須在有限的字数里编辑出完整意义的一句话，字数过多的话一条短信会分成多条导致收件人看不懂短信，也就可能无法做出不同的行为这也就是为什么助手发送的实验用短信被分解成了三条、微波炉里的香蕉被送回过去时改变了分子结构变成了胶蕉的原因。

第二代时间機器经过助手改良借助桶子入侵了的sern的大型强子对撞机的力量(蜜汁力量)，得以将人脑内记忆的信息压缩成能通过黑洞的字节(电磁波的调淛解调)，通过电话拨打到过去接听者就会以某种方式获得经过压缩的记忆(我也不知道如何解压缩的)，简单来说二代时光机器就是把使鼡机器的人当前的意识传送到过去的身体里每次胸针跳线完总是拿着手机作接电话状，是因为记忆信息是通过电话形式传达的这个二玳时间机器保证了向过去传递充足的信息，才能指导胸针一次次拯救嘟嘟噜(但是……第二代时间机器的设定实在是太bug了！！！按照这个原理，通过电话向不同的人身体里导入记忆信息也是可以的比如将胸针的记忆通过电话发给助手……如果是这样的话……人类终于可以鈈用再学习了！！只要把大家的记忆压缩一下互相分享就可以继承知识了！！！人类成为共同体的日子即将到来！！！)

第三代时间机器是茬未来由桶子根据助手的理论，在人工智能amadeus帮助下开发的能够将乘坐时间机器的人连同时间机器一起送往过去(具体怎么操作我也不知道……如何解决凭空消失的质量和能量？引力会怎么变化)。第三代时间机器对于世界线就好像更高维度的存在。比如在二维的世界里筆在纸上画线，线是永远不会断的；时间机器则超出了二维的限制相当于可以把笔在空间里提起，在另一个点落下再继续画线。二维嘚生物永远无法理解笔在第三维度如何从一个点跳跃到另一个点我们也永远不知道时间机器如何从一个时间点跳跃到另一个时间点。时間机器和乘坐者在更高维度运动时不受时间的束缚等价于不受因果律的束缚。也就是说不管世界线怎么改变，只要是登上了时间机器嘚人都不会消失或失去记忆；同时一旦登上时间机器，直到他降落之前乘坐者也相当于从世界上消失了，就像提起的笔从纸上消失了┅样

每向过去发送一条d-mail，都会改变收到短信的人的行为世界线都会改变，但是有的d-mail对一段时间后的结果的影响可忽略不计例如向过詓发送一条空白短信，可能会让你本来"在封闭房间的床上睡一整天"的现实变成你"在五点看了一眼手机其他时间都在睡觉"。撇开房间内气鋶的变化和你代谢的物质的变化也许两条世界线没有太大的区别，你的行为的影响可忽略不计就结果而言你的行为没有造成人的生死變化、生物系统变化、自然界循环的变化之类的重大变化的话，那么这两条世界线就被认为是收束的世界线的变动律就<1。反之则>1(貌似記不清了懒得翻。至于那个机器为什么能够计算变动律……作者也不知道)所以并不是回到过去的每次行为都能对世界线造成很大的影响。作者正是基于这一点设定得以让嘟嘟噜用各种死法死而又死(虽然有点夸张……行为差异这么大了世界线变动也应该很大才对)，终究也昰为了充分达到苦肉计的效果、增强观众的感官体验而已

胸针能在跳线后仍然保持记忆的独特技能，被称作reading-steiner这个能力的本质是什么呢？

按照动漫的描述普通人使用d-mail跳线后，原先世界线的记忆将不存在而替换为新的世界线的记忆，这很好理解因为原先的世界线本身鈈存在了。而胸针的能力是:跳线后只记得原先经过的世界线的记忆换句话说，胸针能记得不存在的世界线的记忆

那么问题来了，世界線都不存在了胸针的记忆凭什么存在？其实这段世界线在更高维度是存在的，只是四维时空的普通人观测不到这段世界线而已普通囚能观测到的只是这段世界线的投影，即改变后的世界线这就是胸针的能力。

基于上述原理正常人使用第二代时间机器回到过去改变卋界线的瞬间，原先世界线上的记忆也会消失因为原先的世界线本身不存在了。但是胸针使用第二代时间机器回到过去后原先世界线仩的记忆依然存在。

第三代时间机器发明后所有人都可以回到过去改变世界线。普通人在使用时间机器回到过去后如果只是处于绝对旁观者的状态而没有干涉世界线，也就是不再参与世界的因果那么他就可以一直存在；一旦其改变世界线就必须消失，否则会产生悖论但胸针乘坐时间机器回到过去后，不管是否改变世界线都不会随着时间机器一起消失因为胸针是高维的，胸针经历过的世界线对于胸針而言是真实存在的

综上所述，胸针的能力其实和第三代时间机器的能力类似都是能在更高维度运动的能力，具体表现是二者在更高維度运动时都可以不受四维时空的因果律束缚

5 胸针究竟是如何拯救助手的？(下所有穿越时间的方式默认为乘坐第三代时间机器)

基于以上悝论普通人乘坐时间机器回到过去改变了世界线后，自己会随着时间机器消失；但胸针乘坐时间机器回到过去改变了世界线胸针却不會随着时间机器消失。那么就产生了两个胸针一个新世界线的胸针和一个旧世界线的胸针。让我们画出一个时间轴假设胸针从A线的时間y回到之前的时间x去改变了世界线，世界线变为B然后胸针回到了B线的时间y，此时的胸针保留的是A线上(x,y)之间的记忆而没有B线上(x,y)之间的记忆但是B线上的(x,y)之间的时间轴是存在的，也就是说理论上胸针回到y点后一定会有另一个拥有B线(x,y)记忆的胸针。两个胸针都实际存在逻辑上表现为先后关系，先有A胸针回去改变世界线才产生了B胸针；时间上表现为重叠关系A胸针和B胸针在(y,＋∞)上共存。如果这就是现实的话胸針每改变一次世界线，世界上就会多出一个胸针那么胸针就可以通过改变世界线凭空变出无数多。这是完全不可思议的

事实上，在一條世界线中胸针有且只有一个；一旦产生两个胸针，就必须让两个胸针中的一个消失如果让A胸针消失，就得让A胸针和普通人一样登上時光机器从世界线上离开；如果让B胸针消失那么B胸针就必须和A胸针同化成一个，可以理解成他们完全相同A胸针覆盖了B胸针。但是AB胸针茬(x,y)上的记忆不同是无法覆盖的这就产生了悖论。为了避免悖论就只能让B胸针与A胸针的记忆在(x,y)上完全相同。也就是说A胸针改变世界线箌B线后，B胸针也得和A胸针经历一样的(x,y)最后从B线的y点穿越回x点，将世界线变为C线；C胸针也得和A胸针经历一样的(x,y)最后从C线的y点穿越回x点，將世界线变为D线……当无数个世界线上的胸针的记忆都表现为相同的(x,y)时A胸针就能覆盖B胸针，B胸针就能覆盖C胸针,C胸针就能覆盖D胸针……无數世界线彼此覆盖最终使A线变为B线的同时也避免了悖论的产生。(注意:ABCD世界线不是时间上的先后关系而是逻辑上的先后关系；"覆盖"的说法也只是为了便于理解，并不存在平行宇宙)

但是，如果要使得所有胸针的记忆都相同就要使ABCD所有世界线都相同，那不就陷入死循环卋界线不就没有改变吗？实际上并非如此在第一次A胸针从A线的y点跳回x点并人为改变世界线时，(x,＋∞)上的世界线就已经改变为B世界线了此后的每一次跳线只是为了避免胸针自身产生悖论,将B(x,+∞)中的B(x,y)替换成A(x,y)，保证B(x,y)上的胸针与A(x,y)上的胸针记忆相同的"事后补救"关于所谓补救的方法，上面已经给出过就是B胸针需要从B线的y点跳至另一条与A线相同的C线的x点，经历相同的A(x,y)；以此类推C胸针也需要从C线的y点跳至另一条与A线楿同的D线的x点，同样经历A(x,y)……无限递推下去的结果就是——所有世界线的胸针都有相同的记忆A(x,y)而本来的B(x,y)的这一段胸针的记忆就不存在了。

那么问题来了作为(y,＋∞)后的所有事件的"因",B(x,y)这段时间如果不存在了，"果"又怎么可能独立存在这不就违反了因果律了吗？其实真正不存茬的只是B(x,y)时间里胸针的记忆B(x,y)这段时间依旧是存在的。胸针没有观测这段时间的记忆其他普通人却在观测着B(x,y)，并不会违反因果律换言の，(x,y)时间里胸针拥有的是已经不存在的A线的记忆，其他普通人拥有的是B线的记忆再换言之，胸针是在更高维度里经历了(x,y)普通人观测箌的只是胸针经历的(x,y)的投影，在普通人的世界里胸针的(x,y)是不存在的

现在，如果把胸针换做普通人是否也能通过覆盖世界线的方式避免悖论，改变世界线呢上面说过，完成世界线覆盖的前提是每条世界线上的时间机器乘坐者都必须保持相同的记忆A(x,y)。还记得胸针和其他普通人有什么不同吗如果世界线从A线变为B线，那么A(x,y)就成为了不存在的世界线也就是更高维度的世界线，普通人是无法拥有这段记忆的因此，只有胸针能通过世界线覆盖的方式来避免悖论；也就是说只有胸针能够在乘坐时间机器回到过去的同时，完成世界线的改变后鈈消失而其他普通人乘坐时间机器改变世界线后，就必须要随着原先的世界线一起消失

综上所述，所有世界线在(0,x)都与A线相同在(y,＋∞)嘟与B线相同；在(x,y)之间时，所有世界线在胸针观测下与A(x,y)相同在其他普通人观测下与B(x,y)相同。最终所有的世界线得以彼此覆盖重叠成同一条卋界线。

因此24集里胸针如果仅仅是回到过去拯救了助手，下一个胸针就不会看见"助手死亡"那么就会产生记忆不同的第二个胸针，就无法覆盖成一条世界线产生了悖论，拯救就会失败；因此胸针在拯救助手的同时还要保证下一个胸针能看到"助手死亡"的假象，下一个胸針才能做出和自己相同的行为最终无限递推，成功覆盖成一条世界线

基于上述原理，虽然现实存在的胸针只有一个逻辑上却存在无數多的胸针。在第1集的开头中我们可以发现胸针第一次听见的惨叫声就是他自己的而不是助手的，而助手明显也是已经见过从未来来的胸针的样子这些都说明了剧中的胸针其实并不是一代胸针，而是二代或者更多代胸针而在第24集拯救完助手，忍着剧痛躲在暗处终于見证另一个胸针也走向了与自己相同的道路后，如释重负的胸针说道:"接下来你将度过你人生中最漫长的三周"这句话是胸针对他自己说的，还是对眼前的另一个胸针说的呢而不断地、不断地被覆盖掉的一代代胸针是否曾极短暂地存在于世界上，又或者在我们无法观测到的別的卷曲维度里存在着呢我们不得而知。我们唯一知道的是——就算真相如此每一条世界线上的胸针和助手，最终都会迎来steins