近一個(gè)世紀(jì)前，埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)星系離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)了，這表明宇宙空間本身正在變大，也就是宇宙膨脹。結(jié)合一些歐幾里得幾何學(xué)提出的一些建議，哈勃的發(fā)現(xiàn)其實(shí)一定程度上這種現(xiàn)象就在暗示宇宙存在于我們?nèi)粘Ｉ钪惺煜さ娜S空間之外。

現(xiàn)在，宇宙結(jié)構(gòu)的某些部分正在逐漸分開(kāi)，而且宇宙是沒(méi)有物理中心的，也沒(méi)有三維空間的原點(diǎn)。試想一個(gè)膨脹的氣球，僅僅從它不斷增長(zhǎng)的二維表面的角度來(lái)看，然后從我們?nèi)S空間中看到的膨脹，再到四維空間的其他反應(yīng)……這一觀點(diǎn)表明，三維空間可以彎曲、折疊成第四維度，就像氣球的二維表面彎曲成第三維度一樣。

我們看不到或感覺(jué)不到更多的維度嗎？理論物理學(xué)預(yù)測(cè)它們是存在的，近期科學(xué)家發(fā)現(xiàn)我們的大腦中也存在多元宇宙的證據(jù)。確實(shí)很有意思，但有什么實(shí)際意義嗎？它們能成為應(yīng)用物理學(xué)的一部分嗎？

腦科學(xué)的維度空間

借助代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)的方法，科學(xué)家在人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)了特殊結(jié)構(gòu)和多維幾何空間。一項(xiàng)新的研究表明，人腦的結(jié)構(gòu)和形狀可能有11個(gè)維度。大腦中估計(jì)含有860億個(gè)神經(jīng)元，神經(jīng)元的突觸連接，腦細(xì)胞的分工合作，最終形成了一個(gè)超龐大的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)《神經(jīng)科學(xué)前沿》雜志上發(fā)表的研究報(bào)告，科學(xué)家正在進(jìn)行一個(gè)名為“藍(lán)腦”的項(xiàng)目研究計(jì)劃，現(xiàn)在，這個(gè)國(guó)際科學(xué)家研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域前所未有的結(jié)果?？茖W(xué)家利用代數(shù)拓?fù)涞臄?shù)學(xué)模型來(lái)研究人腦網(wǎng)絡(luò)中的不同結(jié)構(gòu)和多維幾何空間。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們注意到結(jié)構(gòu)是如何同時(shí)形成的，它們被交織成一個(gè)“統(tǒng)一體”，從而創(chuàng)造出一個(gè)精確的幾何結(jié)構(gòu)。

大腦網(wǎng)絡(luò)（L）和拓?fù)洌≧）的示意圖

科學(xué)家向我們解釋道，我們大腦中的每一個(gè)神經(jīng)元都能以特定的方式與相鄰的神經(jīng)元相互連接，從而形成一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)大腦處理信息的時(shí)候，高維空腔的存在表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元對(duì)刺激的反應(yīng)是非常有組織的，有規(guī)律的，它們會(huì)自己組成一個(gè)空腔。這就好像大腦對(duì)誘導(dǎo)的反應(yīng)是通過(guò)構(gòu)造然后粉碎一個(gè)由多維塊組成的塔，這其實(shí)就是大腦對(duì)一維，二維，三維，四維和五維等更為復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)的處理。整個(gè)大腦的活動(dòng)順序類(lèi)似于一個(gè)多維高塔。

在大腦科學(xué)中我們看到了一些維度的反應(yīng)，但是我們又回到了一開(kāi)始的問(wèn)題，如何利用維度，有什么實(shí)際意義？或者說(shuō)現(xiàn)在有什么概念呢？接下來(lái)為大家講述一下理論物理學(xué)或者現(xiàn)實(shí)科學(xué)研究里面一些維度概念的體現(xiàn)。

影視作品的科幻維度

理論物理學(xué)家們?cè)谥v授第四維度時(shí)，都會(huì)使用了類(lèi)似的方法，那就是繪制一種叫做超立方體的模型，或者是使用埃德溫·哈勃19世紀(jì)《平地》中的概念，這本書(shū)想象了生活在只有長(zhǎng)度和寬度的平面世界上的二維生物。由于看不到第三維度，二維生物只能看到三維生物的一個(gè)切面，有點(diǎn)像計(jì)算機(jī)斷層掃描或核磁共振成像的身體切片圖，這就是第四維度

在未來(lái)，維度概念如何被我們利用呢？其實(shí)如果一個(gè)先進(jìn)的文明學(xué)會(huì)了如何控制更高的維度，他們就能利用維度做驅(qū)動(dòng)，提升自己飛行器的速度，比如翹曲和曲率推進(jìn)。在星際飛船前面的時(shí)間和空間施加某種壓縮效應(yīng)，在后面加上膨脹效應(yīng)，你就會(huì)得到翹曲驅(qū)動(dòng)。不過(guò)到目前為止。這樣可行嗎？總有一天，也許很快，我們就能從大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中或者世界各國(guó)科學(xué)家的研究得到一些數(shù)據(jù)，但即使找到證據(jù)，真正利用起來(lái)也不是那么容易。

時(shí)空旅行也會(huì)被認(rèn)為是高維度的表現(xiàn)，時(shí)空旅行不是一個(gè)空間維度，而是時(shí)間的維度。我們沒(méi)有回到過(guò)去或者改變歷史的技術(shù)，但是如果我們能找到一種穿越其他維度的方法，就可以在時(shí)間線上看到整個(gè)三維維度，維度空間的某處應(yīng)該允許我們進(jìn)入某種隧道。

理論物理學(xué)家認(rèn)為多維宇宙中另一種可能的穿梭方式是蟲(chóng)洞。當(dāng)卡爾·薩根需要一種比較科幻的方式讓人類(lèi)穿越星際距離時(shí)，他咨詢(xún)了理論物理學(xué)家基普·索恩。索恩和他在加州理工學(xué)院的同事一起研究，得出了一個(gè)方程式，確實(shí)有一個(gè)穩(wěn)定的、可穿越的蟲(chóng)洞，一個(gè)可以連接不同時(shí)空區(qū)域的隧道系統(tǒng)。其實(shí)早在10多年前，米蓋爾·阿爾庫(kù)彼爾就證明了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論允許飛船進(jìn)行曲速驅(qū)動(dòng)，因此薩根認(rèn)為蟲(chóng)洞概念是科學(xué)上唯一有效的方法，通過(guò)它，主人公就可以足夠快地穿越銀河系，以滿(mǎn)足故事情節(jié)的需要。

不過(guò)無(wú)論是對(duì)于曲速驅(qū)動(dòng)還是可穿越蟲(chóng)洞，都需要一種稱(chēng)為負(fù)能量的現(xiàn)象來(lái)扭曲空間。憑直覺(jué)很難想象負(fù)能量是什么，但它的存在與一個(gè)已知的物理領(lǐng)域一致，即量子場(chǎng)論。事實(shí)上，利用量子光學(xué)技術(shù)和一種稱(chēng)為卡西米爾效應(yīng)的現(xiàn)象，物理學(xué)家實(shí)際上已經(jīng)可以產(chǎn)生了一種微小的負(fù)能量，也就是負(fù)真空能。

現(xiàn)在我們可以制造微型蟲(chóng)洞

德克薩斯州奧斯汀高級(jí)研究所的物理學(xué)家Eric Davis是一位研究超光速推進(jìn)概念的專(zhuān)家，他認(rèn)為最有希望的方法是使用一種稱(chēng)為福特斯維特反射鏡的量子光學(xué)裝置。它可以集中負(fù)真空能量。如果你用一個(gè)小的福特斯維特反射鏡來(lái)做，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小的蟲(chóng)洞，但是戴維斯說(shuō)，這個(gè)裝置可以被放大，使蟲(chóng)洞越來(lái)越大，最終足以讓宇宙飛船進(jìn)入，不過(guò)目前還做不到這樣。一開(kāi)始尋找出口點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程最困難的，但理論上可以將福特斯維特反射鏡放置在不同的點(diǎn)上，以創(chuàng)建一種調(diào)諧器，大大減少災(zāi)難發(fā)生的可能，例如從地球附近的某個(gè)地方到附近恒星系統(tǒng)中類(lèi)似地球的行星的某個(gè)點(diǎn)。

一旦第一個(gè)蟲(chóng)洞建立了穩(wěn)定的入口和出口點(diǎn)，我們就可以在地球和我們的第一個(gè)目的地之間來(lái)回移動(dòng)。我們可以探索這個(gè)恒星系統(tǒng)，特別是如果它是一個(gè)我們可以殖民的可居住行星。因此，一點(diǎn)一點(diǎn)地，我們可以在銀河系的小角落里創(chuàng)造出各種各樣的蟲(chóng)洞網(wǎng)絡(luò)。

展望未來(lái)，維度可利用

無(wú)論是腦神經(jīng)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)還是量子場(chǎng)論的量子光學(xué)設(shè)備，這些結(jié)論和數(shù)據(jù)都在為我們展示維度的存在和未來(lái)的可利用性，雖然這天可能很晚才能到來(lái)，但是通過(guò)不懈研究，我們也可以創(chuàng)造屬于自己的蟲(chóng)洞，在星系間自由穿梭。