升维思考与相对论

        先说一个小故事。我在很小的时候，迷上了魔方。在我的研究下，我可以轻易拼完一面，但之后却无论如何也进展不了了。后来，我通过教程学会了拼魔方，不由得嘲笑自己当年的幼稚。原来，魔方是要按块拼的，而不是按面拼的，我们要拼的魔方不是六个面，而是20个块。（此处说的是普通三阶魔方，中心块固定，只需拼8个角块和12个棱块）再后来，有了一定物理学知识的我忽然意识到，我对于魔方的理解其实是一个升维的过程。当初以为魔方要按面拼的我，如果不进行升维思考的话，是永远也研究不出拼魔方的方法的。

        人类历史上的每一次提升维度，都是科学的巨大成就。最早的一次，我们对世界的理解从地平说升维到了地圆说。这是我们对世界的理解从二维到三维的提升，或许现在的人们可能会觉得没什么大不了，但实际上这次升维的意义是十分巨大的。此后，人们习惯性的认为宇宙是三维的，我们自己也是三维生物。这并不奇怪，因为它与我们日常的感受相符合。在此基础上，我们有了极其庞大的经典理论体系，直到相对论的提出。

        狭义相对论其实很简单，之所以好多人理解起来有难度，或者干脆不信，其实是被误传误解等等所影响的。实际上，狭义相对论是我们物理学的正统发展，它是三维向四维的升维后的产物。要好好理解相对论，就一定要将自己当做四维生物，否则就会像我当年按面拼魔方那样永远也没有进展。对于现在的人类研究来说，宏观宇宙就是四维的，是由三维空间和一维时间组成的。我们要理解，不光存在三维空间速度，还存在时间速度，合起来，人们称之为时空速度。相对论详情在此是讲不完的，只说一下维度相关的事。当我们的速度并不远小于宇宙极限速度光速时，我们把自己当三维生物、只思考空间里的事情、而擅自认定存在绝对时间的这种行为就明显行不通了。我们必须要将自己当做四维生物来思考，既要认为我们的宇宙是四维的。在空间上的速度，实际上是时空速度在空间上的投影而已，时间速度与空间速度互相关联，不可能认定时间速度固定（绝对时间）而考虑空间速度的变化。明白了这点，对狭义相对论的理解就简单了。为了考验你明白没有，下面有个简单的陷阱:

        A从南向北以0.7倍光速匀速直线运动，而B从北向南以0.7倍光速匀速直线运动，此时，若认为A静止（以A为参考系），B是否是以1.4倍光速运动呢？如果你认定了绝对时间，只思考三维空间，你会觉得B以1.4倍光速运动是理所当然的，所以B就超光速了，所以你认定相对论是错的，是扯淡……而实际上，你的思想正是伟大的伽利略变换。在三维的经典力学中，是很了不起的成就。但是如果你能够升维思考，你就会明白所谓的0.7倍光速只是时空速度在空间速度上的投影而已，而在四维宇宙我们要考虑的当然都是四维速度，所以就出现了新的变换公式洛伦兹变换，考虑到了时间速度后，你会发现其实最终B的空间速度只是介于0.7倍光速于1倍光速之间的某个速度而已。

        狭义相对论的提出，爱因斯坦固然是居功至伟，但那并非爱因斯坦一己之力，而是所有科学家们努力下去的必然结果。可以断言，如果没有爱因斯坦这个人，狭义相对论一样会被其他人提出，虽然可能晚几年。爱因斯坦提出狭义相对论是很强，但也只是和其他很多科学家差不多的程度而已。实际上，爱因斯坦真正可怕之处在于广义相对论的提出。这一成就是真正跨时代的，这才是爱因斯坦不愧天才称号之处。关于广义相对论又是难以简单说清，以后有时间可能再讲一下吧。

        继续回到维度的话题，自从人类认为宏观宇宙是四维之后，我们的宏观最前沿理论就是广义相对论。（顺便说一句，目前人类的所有理论中，广义相对论是与实验相比最精确的理论没有之一！所以那些不相信相对论的人，你还有能相信的理论吗？！）而微观的角度里，与广义相对论的提出不同，量子力学并不是某个天才研究出来的理论，而是众多科学家一步步发展完善的理论，在量子力学里有很多分支理论，他们可能认为有很多的维度，但那些都是卷曲在微观里的，所以宏观宇宙依旧是四维。在如今，几乎整个银河系都好好地符合了广义相对论，但依旧出现了一些目前不能解释的现象，例如银河系的边缘的旋转速度实际上远远比相对论预测的要快的多。之后，人类能不能找到新的维度，再次升维，跳出银河系，找到能跨星系的理论，甚至逐渐实现整个宇宙尺度上的研究，就要靠新一代的科学家们了。

        物理学上的维度真是奇妙的东西。当我们陷入绝境时，说不定可以借鉴一下，利用升维思考的方式跳出困境，避免钻牛角尖的困扰。