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原作：松原隆彥
編譯：王雨陽
校譯：韓培育
後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦
文章來源 :《月刊天文指南》2020年2月號「創造宇宙的法則」欄目（第18回）
「
寫在前面：
我們在上篇（戳我複習）討論了什麼是「次元」，即維度的概念，以及「三次元」以外的空間會是什麼樣子。作為一篇正經科普文，接下來讓我們一起看看在「二次元」的時間裡會發生什麼？空間和時間是為我們預設的嗎？
——譯者
空間與時間的「次元」——3與1
松原隆彥，高能加速器研究機構基本粒子與原子核研究所教授，理學博士。京都大學理學部畢業、廣島大學博士。曾在東京大學、約翰斯·霍普金斯大學、名古屋大學等高校任職。
主要研究方向為宇宙學，曾獲2012年度日本天文學會第17回林忠四郎獎。
著有《現代宇宙學》（東京大學出版會）、《宇宙有「外側」嗎？》（光文社新書）、《宇宙的誕生與終焉》（SB Creative）等多本著作。
(圖源：tmcosmos)
接上篇
如果時間不是「一次元」
人類很難想像一個時間不是一維的世界，因為對我們來說，時間理應由過去流向未來。逝者如斯，時間總是朝著一個方向流逝，有如我們的命運。
來源：網絡
如果時間是「二次元」，即「二維」，我們就需要用兩個數字來確定時間。「三點見面」的說法就要改成「時間A的三點與時間B的五點相交之時見面」這種麻煩的表達方式了。在一維時間中想見面的話，我們只需要在空間中移動位置就能找到對方，但在二維時間中就不一定了。想見到面的話除了要在空間的三個方向上移動，還必須在時間方向移動。
如果時間是「二次元」，那麼確定時間也變難了。比如要和朋友約在哪裡見面，就得說「時間軸A三點、時間軸B五點的時候集合」。時間像圖中②這樣前進的話就能順利與朋友見面，但萬一時間像①或者③這樣走就見不到對方了。在二維時間中預估未來的事情會變得十分困難。|插圖：Crayon Company
二維時間的流逝並沒有確定的方向，這與只能單向流逝的一維時間不同。如果二維時間的世界中存在生物，它們的思考方式和我們人類怕是風馬牛不相及。這對於只能在一維時間中思考的我們而言是完全無法想像的。
雖然不能想像，但數學工具讓我們能夠在形式上增加時間的維度。組成物質的基本粒子在「二次元」或更高維度的時間裡會變得不穩定。比如質子會不可避免地衰變為中子、正電子、中微子，或者是電子會衰變為中子、反質子、中微子【注3】。
另外，一維以上的時間裡我們將無法根據當前的狀態來預測未來【注4】。我們人類的生存依賴於通過現有的知識來預測未來將會發生的事件，而如果無法對未來有所預期，生命也許就不會進化出智能了吧。
空間和時間的維度數是預設的嗎？
如上所述，空間和時間如果不是「三次元」和「一次元」，智慧生命如人類便很難在其中生存。但從自然法則的角度來看，空間和時間即使是其他維度也並不會產生任何矛盾。那麼為什麼我們生活的空間和時間維度仿佛是專門為人類量身定製的呢？
弦論（有「萬物理論」之稱）的研究者認為，宇宙不是由零維點粒子膨脹而成，而是由高維空間中的弦、或是擴張後的弦組成的。數學推導表明，空間本應有九維。按照這種說法，除了我們生活的三維，剩下的六個多出來的維度就必須隱藏到某處，以至於我們意識不到它們的存在。弦論認為，多餘的六維空間通常處於蜷曲的狀態，尺度極小。打比方說，一個二維平面可以捲成很小的筒，看起來就像是一維的線了。
空間若原本是「九次元」的話除了1至3的維度外其他6個維度可能是藏到了別處。|插圖：Crayon Company
至於這些空間維度是如何蜷曲的，科學家對此還不甚了解。蜷曲的方式並非只有一種，而是海量的。但根據這六維空間蜷曲方式的不同，剩下的三維空間的性質也會隨之變化，因此我們生存的宇宙僅能對應其中的一種方式。
如果蜷曲起來的空間維數不是六維，也就不一定要只留下三維空間了。擁有四維、五維空間的宇宙也是可能存在的。雖然這種假設並不是弦論所支持的，但或許時間也是由更多維度蜷曲後剩下了的一維。空間和時間的維數假使能夠任意選擇的話，我們的宇宙恰好是人類能夠生存的三維空間加一維時間，這種情況果真算是一種巧合嗎？事實上，為什麼3和1在眾多可能中脫穎而出、宇宙與之對應的其他參數又為什麼被微調得如此合適，這其中似乎還有許多我們尚不了解的深層原因。
【注3】
J. Dorling, Am J. Phys. 38, 539 (1969);
F. J. Yndurain, Physics Letters B 256, 15 (1991)
【注4】
M. Tegmark, Class. Quantum Grav. 14, L69 (1997)
腦子：我好像又會了
責任編輯：王雨陽
牧夫新媒體編輯部
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