宇宙的十個維度

理論上，如果你能夠控制第五維和第六維，就可以在時間上回到過去，或前往不同的未來。

「超弦理論」認為，宇宙同時存在於十個維度上。圖片來源：印度蒂魯吉拉伯國家技術研究所。

當有人提及「不同的維度」，我們傾向於想到的是類似平行宇宙這樣的東西——與我們現實平行的替身，只是那裡的一切以不同的方式在運作和發生著。但是，真正的維度，及其在宇宙秩序中所扮演的角色，和大眾的說法差別相當大。

分開來說，維度只是不同的面，通過它們，我們感知到了現實。在日常經驗中，我們會立即覺察到周圍存在著三個維度——它們確定了宇宙中所有物體的長度、寬度和厚度（分別對應 x、 y、z 三個軸）。

除了這三個可見的維度，科學家相信還可能存在著更多的維度。實際上，」超弦理論「的理論框架認為，宇宙存在於十個不同的維度中。這些不同的面支配著宇宙、自然的基本作用力，以及所有其內部的基本粒子。

第一個，正如已經提到的，是能夠形成長度（亦即 x 軸）的維度。解釋一維的最好物體是直線，它只有長度，而沒有其他可識別的特點。加上第二維，y 軸（或寬度），你得到的就是一個具有二維形狀的物體（像一個方形）。

第三個維度涉及的是厚度（z 軸），它給所有物體帶來了領域感和橫截面。三維的最好例子是立方體，它存在於三個維度中，有長度、寬度和厚度，因此有了體積。除了這三個，還有七個對我們來說並不顯而易見的維度，但它們會對宇宙和現實產生直接影響，因此仍然是可以被理解的。

宇宙時間軸，起始於宇宙大爆炸。根據」弦理論「，這只是許多「可能世界」中的一個。來源：NASA

科學家相信第四個維度是時間，它在某一個點上支配著所有已知物質的屬性。和其他三個維度一起，獲知一個物體在時間中的位置，是標出它在宇宙中位置的基本方法。其他維度則是更深層可能性開始起作用的地方，解釋它們間的相互作用，對物理學家來說，是一件特別麻煩的事情。

根據「超弦理論」，在第五維和第六維上，出現了「可能世界」的概念。如果我們能夠通過第五維進行觀察，就會看到一個與我們這個世界稍有不同的世界，並給予我們一種測量我們這個世界與其他「可能世界」間的相似性和差異性的方法。

在第六維上，我們將看到一個布滿了「可能世界」的平面，在這裡，我們可以用與我們這個宇宙相同的初始條件（也就是宇宙大爆炸），對那些「可能宇宙」進行比較和定位。理論上，如果你能夠控制第五維和第六維，就可以在時間上回到過去，或前往不同的未來。

在第七個維度上，你可以觸及所有擁有不同初始條件的「可能世界」。無論是第五維還是第六維，它們的初始條件都是相同的，而隨後的表現是不同的，但是此處，從時間的起點開始，一切都是不同的。第八維則再次為我們提供了一個展現這類「可能宇宙」歷史的平面，這些「可能宇宙」中的每一個都有不同的初始條件，並能分化出無限多種可能性。

在第九維上，你可以對所有這些「可能宇宙」的歷史進行比較，這些「可能宇宙」擁有完全不同的物理學法則和初始條件。在第十維度，也就是最終維度上，我們所到達的高度已經涵蓋了一切可能性和想像力。自此以後，像我們這樣低等的凡人再也無法進行想像，它是維度意義上我們所能設想的自然極限。

「卡拉比-丘」流形所解釋的額外維度，在這裡所有基本粒子的屬性都是隱藏的。來源：A Hanson

額外六個無法感知維度的存在，對於「弦理論」在解釋自然時保持連貫性是必要的。我們事實上只能感知其中四個維度的原因，可以用兩種機制來解釋：要麼這些額外的額度捲縮在極小的尺度上，要麼我們這個世界存在於一個三維的子流形，也就是一張「膜」上，在這裡，除了引力，所有已知粒子都是受到限制的（亦即膜理論）。

如果額外維度是捲縮的，那麼這六個維度就必然存在於「卡拉比-丘」流形（上圖）中。即便我們無法感知它們，它們也可能最初支配過宇宙的形成。這就是為什麼科學家相信，用望遠鏡研究來自早期宇宙的光線（如幾十億年前），回望時間上的過去，就可能會看到這些額外存在的維度影響宇宙演化的方式。

正如其他候選「大統一」理論——也就是所謂的「萬物理論」——一樣，之所以相信宇宙是由十個維度構成的（或更多，取決於採用哪種弦理論模型），是因為它們想要把粒子物理的標準模型和引力的存在統一起來。簡短地說，這是一種想對宇宙中所有已知的力相互作用的方式，以及其他「可能宇宙」自身可能的運作方式進行解釋的嘗試。

文/Matt Williams

譯/老孫

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編輯：Zero