我們的祖先并不認(rèn)為他們腳下的大地其實(shí)是個(gè)球?qū)Π桑?dāng)時(shí)的理解叫做天圓地方,。當(dāng)然了,，對(duì)于祖先們來(lái)說(shuō)呢，即便是他們站在高高的山上,，俯視大海,，他們的視野啊撐死了也就是數(shù)十上百公里左右。就算把當(dāng)今人類所有已知的科技全堆起來(lái),，也沒(méi)辦法讓你加速到光速的千分之一,。科學(xué)家們還做過(guò)一個(gè)不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕y(tǒng)計(jì),，如果從公元前五萬(wàn)年開(kāi)始計(jì)算,，截止到二零二一年，在這個(gè)世界上曾經(jīng)生活過(guò)的人類的總數(shù)量大概是一千零八十億,。在這一千零八十億人里面,，只有十二個(gè)人到達(dá)過(guò)距離地球一光秒以外的地方。這個(gè)地方就叫月球,，它距離地球三十八萬(wàn)公里,，光要走一點(diǎn)二八秒，我們的極限速度達(dá)不到光的千分之一，我們又連一光秒都沒(méi)走出去,。所以我們不理解四維時(shí)空的根本原因并不是因?yàn)橄胂罅?，而是源于我們沒(méi)有實(shí)際的經(jīng)歷無(wú)法獲得這樣經(jīng)歷帶給我們的直觀感受。你要是比想象力,，你看看咱老祖宗是怎么定義宇宙的,。四方上下為宇，古往今來(lái)為宙,，對(duì)吧,？宇宙從一開(kāi)始的定義就是四維的，所以你可千萬(wàn)別把自己定義成三維生物,。當(dāng)然了,，咱們這里所說(shuō)的四維時(shí)空并不是數(shù)學(xué)上的四維空間，又或者是幾何學(xué)中的那個(gè)四維超立方體,，對(duì)吧,？是物理中的四維時(shí)空。那既然是物理學(xué)的思維時(shí)空,，你不能只有方程式,，你的真實(shí)意義是什么呢？你憑啥說(shuō)你的這第四個(gè)軸就一定是時(shí)間軸呢,？

狹義相對(duì)論出來(lái)之前,，我們的物理學(xué)地基是牛頓打下來(lái)的，那我們今天呀管它叫經(jīng)典力學(xué),。所謂的經(jīng)典力學(xué)中的力,，它到底是個(gè)什么力？那如果你上過(guò)高一,，你肯定學(xué)過(guò),。我們現(xiàn)在已知自然界中有四種基本相互作用，就是說(shuō)這個(gè)世界我們只發(fā)現(xiàn)了四個(gè)力,，他們是萬(wàn)有引力,、電磁力、強(qiáng)核力和弱核力,。我們都知道強(qiáng)核力和弱核力它們的作用距離非常短,。一納米是十的負(fù)九次方,，那這倆力的作用距離都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一納米,。所以啊在我們討論宏觀世界的時(shí)候，這四個(gè)力就只剩下兩個(gè),，引力和我們今天的主角電磁力,。我們?nèi)粘Ｖ兴^察到的相互作用，無(wú)論是推、拉,、牽引力,、拉車、打弓箭,、彎弓射箭這些其本質(zhì)都是顛覆,。其實(shí)還不僅如此，你琢磨琢磨分子為啥存在??？分子鍵的本質(zhì)，靜電作用,，這也是電子力,。所以你看身邊的桌子，電腦,，你跟我,，我們?yōu)槭裁创嬖陔姶帕Γ繘](méi)了電磁力啊,，正負(fù)電荷不吸引了,，那我們就變成了一堆無(wú)序運(yùn)動(dòng)的原子核了。那如果我們排除掉引力不提的話,，我們?cè)?jīng)學(xué)過(guò)的所有經(jīng)典力學(xué)問(wèn)題,，本質(zhì)上都是電子。那電磁力的物理基礎(chǔ)是誰(shuí)??？就是麥克斯韋方程組。不過(guò)我們這次學(xué)乖了,，咱不倒騰公式,。但你一定要明白啊，這組公式往大了說(shuō),，它統(tǒng)治了整個(gè)電磁學(xué),，包括你跟我我身后的桌子，你正在拿著的手機(jī)或者電腦,，還有世間萬(wàn)物,。那四維時(shí)空之所以會(huì)出現(xiàn)，其根本原因就在于麥克斯韋方程,。

咱們?cè)倌玫貓A說(shuō)來(lái)打個(gè)比方,，公元前四世紀(jì)，亞里士多德把地球是圓的這件事兒給證明了,。那他怎么證明的呢,？他是通過(guò)細(xì)致的觀察獲得了很多證據(jù)，其中啊人們最無(wú)法辯駁的就是說(shuō)啊地球投射在月亮上的影子是圓的。你看,，月亮幫我們撕開(kāi)了一個(gè)口子,，重新認(rèn)識(shí)了腳下的大地。那這件事呢按說(shuō)我們也挺走運(yùn)的,，假如說(shuō)我們生存在地球上剛好就沒(méi)有月亮呢,？同樣電磁轉(zhuǎn)換這件事兒。對(duì)我們?nèi)祟悂?lái)說(shuō)也挺走運(yùn)的,。在麥克斯韋方程組出現(xiàn)之前,，那個(gè)時(shí)候也有電、核,、磁,，那這是兩個(gè)不同的學(xué)科。靜電力,、磁力跟引力一樣,，都被認(rèn)為是超距作用。因?yàn)樗麄冊(cè)诠嚼锞蛷膩?lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)速度和時(shí)間的概念,。萬(wàn)有引力的公式你見(jiàn)過(guò)吧,？這個(gè)力它只跟質(zhì)量和距離有關(guān)系。那這個(gè)超級(jí)作用又是啥意思呢,？意思就是說(shuō)如果在某個(gè)點(diǎn)突然出現(xiàn)了一個(gè)大質(zhì)量天敵,，那它的引力場(chǎng)就能瞬間遍布整個(gè)宇宙。同樣的,，如果我想發(fā)一個(gè)信息,，那只要我弄出一個(gè)不斷變化的電場(chǎng)代表一。零一零一,。這條信息就會(huì)跨越時(shí)間和空間,，瞬間被你接收到，這個(gè)就叫做超巨作,。但是在這里面其實(shí)存在了一個(gè)問(wèn)題,，當(dāng)時(shí)誰(shuí)都沒(méi)有意識(shí)到就是在這個(gè)物理學(xué)中的無(wú)窮大，在數(shù)學(xué)中它的值就是三十萬(wàn)公里每秒,。并還是無(wú)窮大,。后來(lái)啊麥克斯韋方程組出現(xiàn)了，他把我們以前認(rèn)為是兩種不同的物理現(xiàn)象,，電和磁統(tǒng)一成了同一種物理現(xiàn)象的兩種不同表現(xiàn),，這哥兒倆的相互轉(zhuǎn)換的速度原則上應(yīng)該是無(wú)窮大。但是在麥克斯韋方程組居然說(shuō)電磁轉(zhuǎn)換有一個(gè)速度三十萬(wàn)公里每秒,，而且還沒(méi)參考戲,，你看這不瘋了嗎？你要是當(dāng)時(shí)的科學(xué)家,，你怎么想,？我就不信這個(gè)邪了對(duì)吧？所以科學(xué)家們拼命地找以太,，結(jié)果沒(méi)找著,。而且啊一直被奉為經(jīng)典力學(xué)地基的伽利略變換，就是那個(gè)大家平時(shí)用來(lái)做受力分析啊,、速度分解的那個(gè)平行四邊形法則不好使,，那到底是麥克斯韋方程組錯(cuò)了還是伽利略變換錯(cuò)了呢，我們也希望是麥克斯韋索,。但是麥克斯韋方程組真的很牛,，它具體有多牛呢？我只能說(shuō)啊,，你要是有機(jī)會(huì)做基礎(chǔ)研究過(guò)程中又遇到跟麥克斯韋方程組沖突了,，又或者是跟熱力學(xué)第二定律沖突，那你可千萬(wàn)要小心,，因?yàn)榇蟾怕识际悄沐e(cuò),，你要是真能證明是他們錯(cuò)了，那隔年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一定就是你的,?？傊还苣阍覆辉敢饨邮苜だ宰儞Q錯(cuò)，這可是物理學(xué)界的一個(gè)大事兒,。咱們剛才說(shuō)了,，麥克斯韋方程組是整個(gè)電磁學(xué)的基礎(chǔ)，而整個(gè)經(jīng)典力學(xué)的本質(zhì)就是電磁力,，這就相當(dāng)于伽利略變換對(duì)于整個(gè)經(jīng)典力學(xué)都不錯(cuò),。所以最后是誰(shuí)挽救我們了呢？洛倫茲變換,。這個(gè)變換它有這么重要,？咱們用大白話舉個(gè)例子。比如說(shuō)你正在一個(gè)接近光速的飛船上狂奔,，那我站在地球上保持靜止,，你可以認(rèn)為飛船和地球是兩個(gè)慣性相關(guān)。那如果我們用洛倫茲變換去求解,，那你的受力分析啊,、加速度啊，無(wú)論是在你看來(lái)還是在我看來(lái)都是一致的,，這就叫物理法則,，在所有的慣性參考系中保持一致,。但是如果我們不用洛倫茲變換，仍然用伽利略變換,，你的加速度和受力分析在你自己看來(lái)是一套理論,，但是在我看來(lái)呢就是另一套理論物理學(xué)無(wú)法在不同的慣性參考系中保持一致。那我們現(xiàn)在回答一開(kāi)始提出的問(wèn)題,，是誰(shuí)規(guī)定了這個(gè)宇宙的極限速度是光速洛倫茲變換,？那又是誰(shuí)規(guī)定了第四個(gè)軸就一定是時(shí)間軸還是洛倫茲變換？正是因?yàn)橛辛寺鍌惼澴儞Q,，才有了狹義相對(duì)論和四維時(shí)空,。這個(gè)變化揭示了一個(gè)。埋藏在電磁學(xué)里面的底層機(jī)密,，就是這個(gè)所謂的宏觀宇宙,，無(wú)論你我、世間萬(wàn)物,，我們?cè)谶@個(gè)電磁力的架構(gòu)下能達(dá)到的所謂的物理速度無(wú)限大,，在數(shù)學(xué)上它不寫(xiě)作無(wú)限大，它是一個(gè)值三十萬(wàn)公里每秒,。那為了把這倆無(wú)窮大統(tǒng)一起來(lái),，歷史上還專門(mén)出現(xiàn)過(guò)一個(gè)名字叫做快度。意思很簡(jiǎn)單啊,，就是形容你有多快的物理量,。當(dāng)你的速度等于零的時(shí)候呢，你的快度也等于零,，但是當(dāng)你的速度達(dá)到c了,，你的快度就等于無(wú)窮大了。于是啊這個(gè)光速c呢也被很多人稱為重線索,。那這個(gè)宇宙限速是永遠(yuǎn)不變的嗎,？不一定。在劉慈欣的三體里就有這么一個(gè)設(shè)定,，說(shuō)宇宙處于田園時(shí)代的時(shí)候啊,，光速就是無(wú)限大。你別看這只是科幻小說(shuō),，還真有些科學(xué)家,。認(rèn)為在大爆炸初期，這個(gè)時(shí)候的光速是有可能超過(guò)現(xiàn)在的光速,。還有的科學(xué)家認(rèn)為,，如果存在平行宇宙的話，那另一個(gè)宇宙的線索就可以不等于c,。比如說(shuō)有一部科幻美劇叫做太空無(wú)垠,，exploition,，在最后一季里面就有一幕描述了平行宇宙的不同速度上限，最牛的是它居然可調(diào),，這科技也太玄幻了對(duì)吧,。不過(guò)這些離我們都還遠(yuǎn)，就現(xiàn)在我們所處的這個(gè)宇宙切片里,，這個(gè)限速就是三十萬(wàn)公里每秒。也是因?yàn)橛辛诉@個(gè)宇宙限速,，才有了e等于mc方,，于是我們才了解了太陽(yáng)的工作方式，我們才了解了核聚變,。又因?yàn)橛辛藭r(shí)間膨脹,，我們的衛(wèi)星定位才能如此精確等等。所以說(shuō)我們這里討論的這個(gè)四維時(shí),，并不是什么想象出來(lái)的事物,，它是真實(shí)存在的、可被觀測(cè)的,，在不斷被驗(yàn)證的,。而你跟我，我們每個(gè)人都是這個(gè)四維時(shí)空里的一員,。

問(wèn)題來(lái)了,，既然說(shuō)咱們這個(gè)宇宙存在第四個(gè)維度，那它是否存在第五個(gè),、第六個(gè),，又或者是更多的維度呢？探索高維宇宙是否存在,，一直是科學(xué)家們很關(guān)注的話題之一,。那從哪兒開(kāi)始探索呢？我們從最基礎(chǔ)的開(kāi)始,，還是那四個(gè)基本力,，電磁力發(fā)現(xiàn)了四維時(shí)空，所以咱們的突破口還剩三個(gè)力,。強(qiáng)核力和弱核力,。強(qiáng)核力和弱核力是屬于量子力學(xué)的范疇，在量子力學(xué)里面有很多描述高維的理論,。說(shuō)二十六維啊,、十一維啊、十維啊都有,，不過(guò)這些維度都非常非常的小,，它們是有限的,、卷曲的，又或者叫簡(jiǎn)化,。

那如果我們回到宏觀世界來(lái)看這些理論呢,，其實(shí)他們?nèi)匀贿€是三維空間加一維世界的四維時(shí)空。那關(guān)于量子力學(xué),，咱們今天就不過(guò)多展開(kāi)了,。重點(diǎn)咱們看看最后的這個(gè)力就是引力。很多小伙伴看過(guò)星際穿越這部科幻大劇的最后一幕呢,，描述了主角cooper在高維空間里通過(guò)引力波把信息傳達(dá)給墨菲這么一個(gè)橋段,，唯有愛(ài)與引力可以跨越維度。其實(shí)用引力去找高維空間還真就有一定的道理,，因?yàn)樗_實(shí)很詭異,。比如說(shuō)，如果我們?cè)谕粋€(gè)尺度上,，對(duì)四個(gè)基本力的強(qiáng)弱效果進(jìn)行對(duì)比,。假設(shè)電磁力的強(qiáng)度為一，強(qiáng)核力大約是電磁力的一百倍,，弱核力差不多是電磁力的萬(wàn)分之一,，這差距挺大對(duì)吧？但引力一登場(chǎng),，這都不算啥,，引力是電磁力的一萬(wàn)億億億億分之一，這明顯不是一個(gè)等級(jí)的,。那它為什么那么小呢,？有的科學(xué)家就猜，因?yàn)檫@是引力啊,，存在于高維空間,，而它投射在我們這個(gè)三維空間中的只是一個(gè)分量。這純粹就是一個(gè)猜想,。不過(guò)假如這個(gè)猜想被證實(shí)了,，這不僅僅說(shuō)明我們的宇宙是高緯度，根據(jù)科學(xué)家們的推論呢,，它還能通過(guò)這個(gè)伸展出來(lái)的維度來(lái)解釋暗物質(zhì)和暗能量的存在,。這就不是小事了，那我們?cè)趺礈y(cè)呢,？有方法,，你比如說(shuō)我們往水池里扔一塊石頭，你看這個(gè)水波它是一個(gè)近似在二維平面的能量傳播,，我們假設(shè)它的傳遞總能量為e,。那傳播過(guò)程中沒(méi)有衰減,，那隨著傳輸?shù)陌霃蕉絹?lái)越大，這個(gè)e啊就會(huì)隨著這個(gè)圓的周長(zhǎng)而被均勻分開(kāi),。所以如果我們觀測(cè)一個(gè)二維的能量傳播,，我們得到的觀測(cè)結(jié)果是正比于r分之一的。那三維的傳播一個(gè)意思,，比如說(shuō)我們這里有個(gè)燈泡,，那它每時(shí)每刻都在發(fā)光。這個(gè)能量的傳輸會(huì)沿著球面進(jìn)行傳播,，所以隨著傳播半徑r的增大呢,，我們觀測(cè)到的光強(qiáng)就會(huì)隨著球面積四兀r方進(jìn)行衰減。所以這個(gè)時(shí)候觀測(cè)結(jié)果i就正比于r方分之一了,，這就叫平方反比定律,。那比如說(shuō)萬(wàn)有引力公式,、靜電力公式都符合平方反比定律,，你看出規(guī)律了嗎？如果存在更高維的空間,，比如說(shuō)n維的空間,，那能量的傳輸衰減就一定符合i正比于r的n減一次方分之一。你可能要問(wèn)了,，你剛剛自己都說(shuō)了,，引力公式是符合平方反比定律的，那這還有啥可研究的呀,？你看,，萬(wàn)有引力公式還真就有可疑之處。如果僅僅站在太陽(yáng)系的尺度上,，萬(wàn)有引力公式確實(shí)就沒(méi)啥問(wèn)題,。不過(guò)對(duì)于一些極端的情況呢，比如說(shuō)質(zhì)量非常大,、半徑非常小的天體,，類似于黑洞、中子星,，萬(wàn)有引力公式就不好使了,，這個(gè)時(shí)候我們得用廣義相對(duì)論來(lái)求解。不過(guò)即便有廣義相對(duì)論,，我們?nèi)匀挥泻芏鄸|西解釋不了,。比如說(shuō)科學(xué)家通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，銀河系外圍的星體的繞系公轉(zhuǎn)速度要比我們預(yù)測(cè)的結(jié)果大得多,，這完全不符合我們現(xiàn)在的引力模型,。那造成這種現(xiàn)象的原因,，要么就是在銀河系的外圍存在著大量我們無(wú)法觀測(cè)到的暗物質(zhì)，要么就是在大尺度的空間里面我們的引力公式有問(wèn)題,。所以啊要想用引力撕開(kāi)高維空間的口子,，我們必須在大尺度上測(cè)量引力。不僅要走出太陽(yáng)系,，我們還要走出銀河系,。比如說(shuō)看看銀河系外的引力如果傳到地球這里，是否仍然符合平方分米,，這在以前是絕對(duì)不可能的,，不過(guò)現(xiàn)在可以了，因?yàn)槲覀冇^測(cè)到引力波了,。在愛(ài)因斯坦預(yù)測(cè)了引力波的存在的一百年之后,，也就是二零一五年的九月十四號(hào)，激光干涉引力波天文臺(tái)lego發(fā)現(xiàn)了距離我們十三億光年以外有兩個(gè)黑洞的合并引起的引力波,，這也是人類首次發(fā)現(xiàn)引力波的存在,。但很可惜，對(duì)于倆黑洞的合并,，我們沒(méi)辦法用常規(guī)的觀測(cè)手段得到有效的電磁信號(hào),。比如說(shuō)引力波的傳播速度、產(chǎn)生時(shí)的強(qiáng)度大小以及傳播距離,，我們都沒(méi)辦法驗(yàn)證,。直到二零一七年的八月十七號(hào)，那這次探測(cè)到的是兩顆中子星的合并,，那這可不得了,，因?yàn)橹凶有堑暮喜⑹怯须姶努F(xiàn)象，說(shuō)白了它是會(huì)發(fā)光的,，這也是,。人類天文史上頭一次可以利用引力與電磁波兩個(gè)完全無(wú)關(guān)的觀測(cè)視角，各自去分析觀測(cè)結(jié)果,，然后進(jìn)行交叉驗(yàn)證的重要事件,。這也標(biāo)志著人類天文學(xué)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，叫做多信使天文學(xué),。

測(cè)結(jié)果,。第一，兩個(gè)合并的中子星,，在銀河系以外,，位于長(zhǎng)蛇座的橢圓星系n gc四九九三,，距離地球一億三千萬(wàn)光年,。二、當(dāng)我們觀測(cè)到引力波之后,，我們?cè)谔炜罩邢嗤奈恢脵z測(cè)到了短暫的伽馬風(fēng)暴，伽馬風(fēng)暴到達(dá)地球的時(shí)間比引力波僅僅晚了一點(diǎn)七秒,。這可是一億三千萬(wàn)光年的距離,，這說(shuō)明了在大尺度上，引力波的傳播速度仍然與光速相等,。那最后通過(guò)引力波的頻率,、兩顆中子星的質(zhì)量還有傳播的距離，科學(xué)家們終于可以測(cè)量出引力波的,。強(qiáng)度變化,。我們找到高維空間了嗎？很遺憾,，并沒(méi)有數(shù)據(jù)結(jié)果非常精確的指出,，即便經(jīng)過(guò)了一億三千萬(wàn)年的傳輸，引力波仍然近乎精確的沿著四維時(shí)空進(jìn)行傳輸,。那這個(gè)宇宙它到底是否存在更高的維度呢,？那這個(gè)仍然是個(gè)謎。但就在我們現(xiàn)在可觀測(cè)到的一切證據(jù)都表,，但仍然是四維,。那想要發(fā)現(xiàn)新的維度就需要靠各位好好學(xué)習(xí),，以后啊帶領(lǐng)人類探索未知,。