不同维度光速一样吗?更高纬度光速更快还是更慢?质能方程有用吗

光在我们这个宇宙真空中传播速度是恒定的,不同的介质传播速度会有所影响,但在真空中光的传播速度是恒定的。在我们看来,光速无法被超越,连等于光速我们都无法做到。那么,光在不同的维度空间中速度会是一样吗?还是说有快有慢呢?

在《三体》小说中,作者对光速的快慢也有一些说明。比如他认为在三维之上的空间中,光速会越来越快,由于维度塌陷,当空间维度越来越低的时候,光速也会越来越慢。除了这个描述外,还有对黑域的描述,黑域内的光速将非常慢,比如可以达到十几万公里每秒。这个理论其实就是说,更高维度的光速更快,更低维度的光速更慢。

小说中的理论当然不可信,但也有一定的道理。小说中对于光速被限制得越来越低其实就是暗物质和暗能量越来越多的缘故,这就是书中所说的黑域。按这个理论推理,当维度下降时,消失的维度并未消失,而是蜷缩在微观世界里,随之消失的还有大量的物质和能量,而这些物质和能量都成为了这个时空的暗物质和暗能量。所以光速其实也受到影响,越来越慢。

事实真的如此吗?根据质能公式来看,如果光速增加,那么当质量不变的情况下,能量就必须增加。也就是说,物质转化成的能量一定要比我们所在空间中高才可以。有没有可能呢?还是有的。我们先看原子层面,原子中电子拥有接近光速的速度。如果高维宇宙的光速更快,那么电子围绕原子核运动的速度也会更快,其携带的能量就更多。但同时需要的电磁力就会更强,也就是说电子和质子携带的电荷量必须更高。当电子速度加快时,质量也会增加。这是否说明,如果四维空间中的光速更快,质子和电子的结构不一样呢?如果是这样,那么构成质子的夸克就会更多,这样才能使其携带的电荷量更多。

我们知道质子由两个上夸克和一个下夸克构成,如果电荷量更高,是否也就也就意味着四维空间中的质子由四颗夸克构成的呢?但无论怎样,物质的质量确实也需要随着能量的提高一起增加。速度,质量,能量这三者之间无法独立变化,在高维空间中能量同样需要守恒。

可是这又和质能方程发生了冲突,因为能量和质量是正比关系,要增大就都增大。除非在高维度空间中,物质和能量的转换比不守恒,光速才可能和我们不一样。比如同样的能量转换成质量后,质量比三维空间中更小。比如同样的质量转换成能量后,能量比三维空间中更大。要么就是在四维空间中质能方程不够用,会增加一个变化量,或者增加一个常数,但这就不是我们能知道的了。

另一个问题,暗物质和暗能量会改变光速吗?比如我们假设在四维空间中的暗物质占比和三维空间中不一样。暗物质和暗能量仅仅会在引力上影响物体,只会让光发生偏移,无法改变光的速度。光或者电磁波等能量体在空间传播时其实直接穿透了空间和时间,就算在四维空间中传播,也只会穿透多出的那个维度。如果维度更高,可能对光速的限制更强,而不会更弱。维度我们可以理解为条件,条件可以理解为条件限制。四维空间理论上比三维空间多出了一个维度的条件,它只会增加对光速的限制而不是更加开放。

维度更高的情况下,理论上应该是光速更慢。如果按照大多数人说得那样,四维空间如果是增加了对时间的可操控性,那么光速应该更慢才对。比如达到三维空间中一半的光速,在四维空间中可能就已经超过了光速。那么将时间回流或者将时间减缓,才具备可操控性。从我们对高维空间的设定来看,维度越高,我们对空间的掌握能力就越强,包括光速在内,这一切应该更容易掌握才是正常的。所以,我并不认为更高维度中的光速更快,而是小于等于三维空间中的光速。

维度就是一种宇宙条件,维度越低,越难突破宇宙规则的限制,维度越高,越容易改变宇宙规则。这就像是做数学题一样,给的条件越多,题目越简单,给的条件越少,题目难度越高。因为对于我们来说,三维宇宙其实就是丢失了其他维度条件的空间,一些宇宙规则被隐藏,解题难度远远大于高维宇宙。