我們生活在一個三維世界裡,每件物體都有長度,和高度,但是如果我們的世界是二維的呢?我們會被壓扁,只存在於一個平面,當然,只是從幾何的角度來看,那那個世界看上去和感覺上又是怎樣的呢?這就是埃德溫·艾勃特,1884年的中篇小說《平面國》中的假設,平面國是一個有趣的數學思想實驗,通過一個正方形在三維世界裡的,考驗和磨難,什麼是一個維度呢?簡單的來說,一個維度是一個方向,我們可以把它想像成一條直線,所以,一維空間只是一條直線,一個二維空間是由,兩條垂直的線組成。
形成一個平面,像一張紙一樣,一個三維空間,再添加了第三條垂直的線,給了我們高度,和我們所熟悉的世界,那四維世界呢?五維?十一維?我們在哪裡放置這些新的垂直線條呢?我們在哪裡放著這些新的垂直線條呢?這就是《平面國》可以幫助我們找到的答案,讓我們看看書中的主角-正方形-的世界,平面國中充滿不同的幾何形狀,從等腰三角形,到等邊三角形,五角形,一直到圓形,這些圖形在一個平面世界中四處遊蕩,過著它們的平面生活。
它們的臉上有一隻眼睛,這個世界是什麼樣子的,它們所看到的是一維的,一條直線,但是在艾勃特的《平面國》中,距離更近的物體更加明亮,這是它們如何察覺深度的,所以,一個三角形看上去,和圓形不一樣,等等,它們的大腦無法理解第三維度,其實,它們強烈地否認它的存在,因為那不是它們的世界的一部分,它們也沒有經歷過,但是它們所需要的,事實證明,是一點小鼓勵,有一天,一個球體出現在平面國中,去拜訪那個正方形,當一個球體從平面國中通過時。
從一個正方形的角度,它看到的畫面是這樣的,這徹底顛覆了它的二維觀念,然後,那個球體把正方形舉起來,進入了第三維度,高度上升了,到了平面國中的形狀們從來沒去過的地方,給正方形看看它的世界,從上空中,正方形看到了所有的東西,高樓的形狀,地球中埋藏著的珍貴的寶石,甚至它的朋友們的內側,這應該挺尷尬的,一旦這個正方形,適應了第三個維度,它央求球體幫助它,看到第四個,更高的維度,但是聽見之後十分生氣,居然還有比三維更高的維度,然後把正方形放逐回平面國,我們可以理解球體的憤怒。
第四個維度的想法很難,和我們在世界中的經歷並存,我們不可能被一個超立方體舉起,我們無法體驗它,但是我們能接近它,回想一下,當球體,第一次來到二維世界時,它看上去像一系列的圓形,當它在平面國落地時,它看上去像一個點,一直變大,直到它一半的體積陷進地面,然後又開始變小,我們可以把這個看作,一個三維物體的一系列二維橫截面,我們可以用同樣的方法,從一個三維世界看一個四維物體,比如,一個超球是一個,相當於三維球體的四維物體,當四維物體通過一個三維世界時,它看上去是這樣的。
四維物體,這是一個零維形狀,現在我們把它擴展到一英寸,我們就有了一個二維正方形,把整個正方形再擴大一英寸,就有了一個三維正方體,這次垂直於所有的三個已存在的方向,我們就有了一個四維的超立方體,又被稱作正八胞體,根據我們現在所知道的,很有可能有一種四維的生命體,在宇宙中某個遙遠的地方。
偶爾把它們的頭探入,我們繁忙的三維世界,奇怪我們都在瞎忙什麼,四維世界,無法被我們發現,因為我們感知的能力,永遠隱藏在我們找不到的地方,這有沒有徹底顛覆你的三維觀念?