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四维空间和超时空的通俗解释！


2024年09月01日　
原创： 一棵青木
来源公众号：远方青木
已获转载授权

有些书上说，光速是速度的极限，任何物体的速度都不可能超过光速，此乃宇宙的基本规律。
有些书上说，如果物体超越了光速，那么就会发生XX现象，比如超时空。
这两种说法你可以在多种权威书籍上看到，也经常会听到权威科学人士讲过，但从字面意思上两者是互相矛盾的。
如果宇宙中任何物体的速度都不可能超过光速，那怎么可能会出现物体速度超越光速后产生XX现象这种事情呢？
光速作为我们所处宇宙里的终极速度，正常情况下是不可能被超越的，一旦超越光速必定会发生种种神奇的现象，比如超时空，比如四维空间。
打个简单的比方来通俗解释下，第一宇宙速度是7.9公里/秒，合28,440公里/小时，低于这个速度时，如果不持续消耗能量，那飞行物体就会在地球引力的作用下不断的坠入地面。
但当物体的速度超过7.9公里/秒的时候，神奇的事情就发生了，物体可以在不消耗能量的情况下永久腾空，获得对抗地球引力的能力，如果不遇到阻力而减速，那就可以围绕地球进行永久的运转，成为地球的卫星。
而达到第二宇宙速度11.2公里/秒时，物体将达到地球逃逸速度，也就是可以摆脱地球引力的捕获，飞向太阳系深处。
达到第三宇宙速度16.7公里/秒的时候，物体将达到太阳逃逸速度，可以摆脱太阳引力的捕获，飞出太阳系。
接下来还有银河系，本星系团以及本超星系团，对应的是第四、第五以及第六宇宙速度，因为人类了解太少，资料不全，逃逸速度的精确数据始终没有算出来。
最后还有总星系，也就是宇宙，其逃逸速度可能大到无法想象，远远不止是光速。
以地球为例，宇宙是三维的，但实际上我们在地球上的运动轨迹是两维的，地球上的物体可以在平面上任意移动，但在高度这一维进行移动就非常困难，你向前移动100米和你向上移动100米是截然不同的两种难度。
在科技革命爆发出飞机这项黑科技之前，无论在陆地还是海洋，人类只能在二维平面进行移动，只有在山峰这种地球的“褶皱”处才能爬山来进行三维移动，且不能脱离这个“褶皱”之处。
即便拥有了飞机，我们在高度这个维度进行移动也需要耗费极大的能量，飞机每秒消耗的能量对于碳基生物而言都是一个天文数字。
但当物体达到第一宇宙速度后，就得到了可以不消耗能量永久腾空的超能力，只需要消耗少量能量就可以在空中进行大范围的移动，你可以认为卫星和人类相比，是多了一个维度的物体。
而宇宙是三维的，因此当物体的速度超越某种速度时，人类将可能观测到第四维，这个第四维度是脱离宇宙的。
四维空间并非科幻作品里虚构的名词，这是物理学里的一个名词，人类如今无法观察是因为人类的能级太低了，速度太慢了。
达到7.9公里/秒就达到了第一宇宙速度，这种级别的速度整个人类只有少数几个国家耗费举国之力才能将个把物体加速到这种程度，正常人类所习惯的速度也就10米/秒，合0.01公里/秒，这已经是奥运短跑选手拼了命才能达到的速度。
但光速为299782公里/秒。
双方的能级和速度差距过大，这已经远远超过了飞机和蚂蚁之间移动速度的差距，三维对于蚂蚁来说是没有意义的，也进入不了，所以四维对于人类来说也是没有意义的，同样也进入不了，甚至我们目前连观测四维现象的手段都没有。
脱离三维需要的速度没有人知道是多少，但有可能低于光速，因此物理学家特别热衷于建造粒子加速器，其中一个初衷就是为了尝试在常态下掌握观测四维的能力。
光速可以对标音速，而在地球上飞起来拥有第三维的能力，是不需要达到音速的。
当物体达到光速的时候，一定会触发光障。
在能供物体穿行的介质中，都会存在某种“障”，比如空气中的音障，比如水中的波障，因此光障是肯定存在的，要突破光障需要耗费的能量会大到无法想象。
声音的本质是当空气被扰动后产生的波，在空气这种介质中声波的传递速度为音速，但当声源的移动速度超过音速的时候，就可以追上自己发出的声波，此时声波就开始在物体前面不断的堆积，此时音障出现，物体遇到的阻力激增。
当飞机通过后，这种堆积的声波传到我们这里时，我们将在一瞬间听到所有累积起来的声音，在听觉上那就是一声轰然巨响，这个就叫音爆。
而在水中运动的船只也受到了波的限制，常规船只的航速必须低于自身产生的行波，否则行波就会在船首不断的堆积，形成巨大的阻力，这个就叫波障。
军舰在战斗状态是必须要突破波障的，在波障之上速度每增加10%，消耗的能量大约增加61-77% 左右。
而你扰动宇宙空间所产生的波，就是光波，当一个物体突破光速的时候，光波就会不断的在这个物体面前进行叠加，进而产生巨大的阻力，实际上突破光速后产生的物理现象更为复杂，但你可以简单的进行这么类比理解。
至于突破光速后会产生怎样的复杂物理现象，所有的物理学说目前都只是猜测，到底怎样只有突破了光速才知道，人类也是因为正式突破了音速才观察到了音障现象，以前从来没人知道。
但所有人都确定，如果物体突破了光障，那一定会出现特别神奇的现象，比音障还要神奇。
因为人类已经观察到了一种超光速现象，这也是人类目前唯一认可的超光速现象，获得了诺贝尔奖。
光在不同的介质中速度是不一样的，比如水中的光速就是真空中光速的75%，所以如果带电粒子在水中的传播速度有一瞬间超过了0.75C，那就会出现瞬间突破光障的现象，产生光子震波，此时人类就可以观察到光爆现象。
这种光爆现象，叫“切伦科夫辐射”，是迄今为止唯一已被证实的超光速现象。
在现代核反应堆的核裂变过程中，一些电子因为获得了足够的能量而在慢化剂中发生“切伦科夫辐射”，因此核反应堆常年会发出诡异蓝光，这些蓝光实际上就是光爆。
图片
电子的超光速现象人类已经观察并掌握了方法，但研究来研究去，成果不少，但特别有用的东西倒是没有，因为电子太弱小了，质量约等于零。
因此科学家就想把质子加速到光速，看看能发生什么现象，于是修建了大型粒子加速器。
质子的质量也约等于零，但远远大于电子，相对电子而言质子很重很重，双方的差距可以类比为卫星和地球。
人类用了所有的办法都没办法把质子加速到光速，目前实现的最快速度为加速到光速的99.9%，是在大型强子对撞机（LHC）中实现的。
科学家们用这样的高能粒子不断对撞来探索宇宙的基本规律，但到目前为止进度已经停滞了很久，有用的成果非常少，对高能世界的研究被我们落后的能量和技术严格限制了。
人类已经确定电子是可以超光速的，也可以实现，但连质子的超光速都无法实现。
目前人类对光速的研究，差不多相当于在空气中喊两嗓子来研究声速，而这两嗓子需要在粒子加速器中拼尽全力才能喊出来。
所以在未来很久很久，光速都是无法逾越的，而正常情况下宇宙物体的速度都不会超过光速。
但和四维空间发生接触并不一定需要达到光速，可能很低的速度就能初次接触并观测。
以地球为例，声速为340米/秒，合1224公里/小时，而通过一定的造型和手段，小型客机最低只需要200公里/小时的速度就可以起飞，差不多是音速的1/6。
因此科学家有一个大胆的猜测，当物体的速度达到光速的1/6或者某一个比例时，借助一定的工具和手段，物体有可能脱离三维进入第四维，在这个第四维度中，物体高速移动时不会遇到宇宙碎片的阻碍，就好像飞机在空气中移动不会遇到地面物体的阻碍一样。
而在地面移动时需要绕来绕去的路径，飞机也可以直线穿行，凌空越过。
不管是超时空、虫洞，还是这种四维空间理论，想表达的都是差不多的意思，就是物体加速到一定的程度后会和现实宇宙发生脱离，当脱离现实宇宙后才可以继续肆无忌惮的加速，直到抵达光障，突破光障。
突破光障后，物体需要不断的消耗大量能量才能维持这一状态，否则就会迅速降到光速以下，如果没有持续的能量供应，也会迅速从四维跌落到三维。
要永久维持四维状态需要的能量，可以参考第一宇宙速度和音速的差距。
第一宇宙速度是7.9公里/秒，音速是0.34公里/秒，差距就是这么大。
所以三维才是常态，偶尔进入四维需要的能量就已经相当庞大了，永久维持四维需要的速度可能是光速的几十倍，你也可以认为达到这个速度才可能对抗宇宙引力，成为“宇宙的卫星”。
因此在科幻小说中，能永久维持四维状态的宇宙文明，一般被称之为神级文明，看人类犹如看爬虫。
参考这一比例，能从四维进五维，能量层级的差距差不多就是音速和光速的差距，有88.17万倍这么大，也就是说需要把四维的能量扩大88.17万倍才能进五维。
所以五维生物看四维，也和看爬虫差不多。
这么大的能量差距对科学家来说已经没有任何意义了，只对科幻小说来说还有意义。
在大刘的《三体》小说中，四维宇宙只要一小块碎片就能释放出巨大的能量，然后把原始古宇宙定成了十维，说是因为神级文明不断进行宇宙大战才最终逐级跌落，最终跌落到了目前的三维，再打就打成二维了。
这个是科幻，但也不是乱写，是有一定物理依据的。
但四维以上，连科幻小说都想象不出来应该是个什么样子，就连四维都只能一笔带过，因为和人类所处的三维宇宙差距太大了。
目前人类的技术水平，只有不计成本的军用战机和导弹才能超音速，倾尽举国之力才能把零星物体的能量偶尔增加到第一宇宙速度状态。
而人类的理论探索领域，已经摸到了四维、超时空乃至于超光速现象，差不多相当于刚学会升火的原始人在那里探索怎么才能脱离地球到月球上看一眼。
这个，是独属于人类的浪漫。

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