科普 |《超越时空》：通过平行宇宙、时间卷曲和第十维度的科学之旅

一次愉快清心的现代物理学旅行，让我们比以前离宇宙更近。

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听书笔记 

《超越时空》（Hyperspace）的作者加来道雄，是美籍日裔物理学家，纽约市立大学城市学院理论物理学教授。他创作了《超越爱因斯坦》、《量子场论》和《超弦导论》等科普图书，还曾担任广播电台科学节目的主持人。

本书从超空间的研究历史出发，讲述了超空间理论的最新成果，探讨了利用超空间穿越时空的可能性，从一个新的视角向我们展现了现代物理学和宇宙学研究的奇妙世界。

第一部分，三位科学家对超空间理论进行的早期探索。

黎曼的贡献：十九世纪，数学家黎曼为了探索电、磁和引力的奥秘，引入了高维空间理论。黎曼认为，“力”是几何的结果。他推断，电、磁和引力是由我们的三维宇宙在看不见的第四维中起褶皱导致的。因此，超距作用的力并不存在，力只是几何发生畸变以后导致的结果。

爱因斯坦的贡献：爱因斯坦创立相对论时，也想到了用纯粹几何的方式解释力的概念。爱因斯坦认为，引力是空间弯曲造成的错觉。但是爱因斯坦缺乏数学方法来描述自己的发现，直到意外地看到了黎曼的理论，他用黎曼的理论重新阐述相对论，由此创立了广义相对论。

卡鲁查的贡献：卡鲁查用五维的黎曼理论来揭示相对论和麦克斯韦场的关系，这时黎曼度规张量可以排成一个五乘五的棋盘，位于这个“棋盘”左上角的16个数排成的四行四列实际上就是爱因斯坦原先的四维度规，而第五行和第五列就是麦克斯韦的电磁场。也就是说，卡鲁查通过简单地把麦克斯韦场加到爱因斯坦场中，将两者重新组合成一个五维的场，从而将二者统一起来。

怎么理解第五维呢？卡鲁查给了一个聪明的解释，他说更高的维不同于别的维，它坍缩了，坍缩到一个连原子也不能放置的小范围之内。或者说第五维的尺度太小了，它在实验上是不可观测的。遗憾的是，在20世纪二三十年代，由于大多数物理学家们不相信第五维存在，卡鲁查理论暂时就被人淡忘了。

第二部分，如何理解超弦理论和神秘的十维空间？

夸克和电子被称为基本粒子，基本粒子是一切物质的基本单元。超弦理论认为，在每一个基本粒子内部，都有一根细细的线在振动，就像小提琴琴弦的振动一样，这些细线被科学家形象地称为弦。

琴弦的不同振动模式能弹出不同的音乐，粒子内部的弦也有不同的振动模式。只不过这种弦的振动不是产生音乐，而是产生一个个粒子。不同粒子的性质由弦的不同振动行为来决定。

根据数学上的推导，超弦理论所允许的空间维数是10维。也只有在这样的高维空间中，才能够统一所有物理学定律。实际上超弦理论也是卡鲁查理论的发展，但是空间维度进一步扩大了。相对论和量子力学在我们的三维空间里，就像两块互不相干的碎片，永远也拼合不到一起。但如果我们把空间“向上”抬一抬，把宇宙变为十维空间，相对论和量子力学这两块看似互不相干的碎片就会令人震惊地结合到一起。

按照超弦理论，在宇宙大爆炸之前，我们的宇宙实际上是一个完美的十维宇宙。但是，这个十维宇宙是不稳定的，它最终分裂为两部分，产生了两个分开的宇宙，一个是四维宇宙，另一个是六维宇宙。六维宇宙剧烈地收缩，直至收缩到几乎是无穷小的地步。这个理论预言，我们的宇宙，有一个孪生兄弟，即一个伴随宇宙，它蜷缩成六维小球，因为尺度太小，很难被观测到。

第三部分，如何实现在超空间中的旅行？

按照超空间理论，宇宙是十维的，也就是说在我们的三维空间之外还存在其他的空间。我们的宇宙只是无穷多个平行宇宙中的一个。我们可以将这些宇宙比作漂浮在空气中的一群巨大的肥皂泡。通常这些“气泡”是分离的，但是，连接这些平行宇宙的虫洞可能是存在的。通过虫洞人类就有可能在不同的“气泡”间穿行。

利用超空间理论，物理学家可以精确计算出制造虫洞和建造时间机器所需的能量。只是这个能量太大了，比我们在地球上所能收集的所有能量还要大很多倍。人类要创造出驾驭超空间的技术，操控这样大的能量，可能还要等上几百年，甚至上千年的时间，或者幸运地遇到掌握了超空间旅行技术的地外文明外星人的帮助。

人类作为一个生物物种，生存面临多重威胁。且不说地球、太阳系，甚至宇宙都是有寿命的，就是核战争、小行星撞击、冰河期和超新星爆炸也会危及人类的生存。然而在目前我们所能探测的宇宙范围内，除地球之外还没有找到任何适合人类生存的星球。科学家们相信，像地球一样适合人类生存的星球是存在的，只是距离我们十分遥远，或它们存在于平行宇宙之中。因此我们要到达那里，通过超空间可能是唯一的选择。人类能否主宰自己的命运，超空间理论给我们指出了一个方向，但要实现这个愿望人类还要继续努力。

解读 | 若风

资深图书出版人，经管社科类畅销书策划编辑。

播音 | 张煜

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 陈子夫