研究宇宙的维度？

上一集我们探讨了同时性问题，它跟时间膨胀同属于时间相对性的范畴。
不同的是，同时性问题研究的对象是时间点，而时间膨胀考察的是时间段。
关于同时性问题有一个很简单的结论，那就是∶两件事在一个人看来是同时发生的，在其他人看来，不一定。
至于怎么个"不一定"法，跟这两件事是不是发生在同一地点是有关系的。
在之前，我们说宇宙学中两个最基本最重要的问题∶一个是宇宙有多大?另一个是宇宙有多老?
牛顿首先论证了宇宙在空间上有多大的问题，此时认为时间就是时间，空间就是空间。之后过了100多年，才有人论证出宇宙在时间上应该有个起点。哈勃望远镜从各个角度看外空，发现恒星离地球越来越远，于是认为宇宙是爆炸论，那以前的必宇宙浓缩为一点，时间应该有个起点。
通过同时性问题，你会发现时间和空间不再是相互独立的，它们之间会互相影响。
我们讨论下宇宙的维度是怎样的?
目前我们处于四维时空宇宙。这很好理解，一维空间简单来说就是一条直线，在一维空间下，物体只能出现在这条直线上的某一点上。
你可以将一维空间想象为一条笔直的火车轨道，火车在铁轨上活动，脱轨的话就不得了了。另外一个生活中的例子，就是古人算数用的算盘珠，算盘上的珠子只能被穿在一根根很细的木杆儿上。
严格来讲，在一维空间下，木杆儿上的算盘珠，和铁轨上的火车一样，都是不能动的。因为这个时候只有一个维度就是空间，而空间只负责让你停留在某一个位置，它不负责让算盘珠和火车动起来。
要想让它们动也可以，在一维空间的基础上加一个时间维度。之前讲过时间的功能就是衡量变化嘛，有了时间就意味着可以动了。火车可以开动，算盘珠可以被拨动。
但这个"动"要么向左要么向右、要么向上要么向下，还是不能脱离铁轨和木杆儿。它们被限定在一维里。
虽然有空间和时间了，但还没升级到二维，因为这个时候它俩是相互独立的，只能叫一维空间加时间。
二维空间你可以想象成一幅画，我们经常说的二次元就是建立在二维基础上的。
构成这幅画的色彩不再局限于一条直线上，而是一个平面内，比如说在纸上或者在屏幕上。
给这幅画加上一个时间维度，它也可以变化，就成了一部动漫，或者电影。你在电视、电脑或者电影院内看到的东西，其实就是二维空间加上时间。当人们不过瘾，才产生了想看
三维的电影。但大家都知道3D电影本质上也还是二维，只不过是用了一个视觉上的小把戏，让你觉得好像是三维立体的。3D电影的人物还是表现在一个二维的屏幕上，跟我们现实世界还是有差距的。
我们现在分析下公园里的雕塑，或者蜡像馆里的蜡像，就是三维的，一个个立体的人偶摆在那里。你需要长、宽、高三个尺度，才能把一个三维的物体表示出来，但可惜还是不能动。
必须加上时间维度，才有了你感觉上的这个立体的并且在不断变化的世界。
要注意!这个时候还不能叫四维，因为人们还没发现时间和空间有什么联系。你用手表掐1秒钟的时间，和用尺子量一米长的距离，这完全是互不相干的两件事。
在1905年，《狭义相对论》问世之后，时间和空间就成了连体婴儿，变成了统一的、不可分割的整体。
一个典型的就是前面说的，两件事是否发生在同一地点，会影响你判断他们是否同时发生。
这个时候人类才有了四维时空这样一个宇宙观。
非常遗憾，你在现实世界几乎感受不到，人类的日常生活仍然是三维空间加上时间维。这是因为我们的运动速度都不够快，无法接近光速。
即使乘坐航天飞船，产生的那一点点时间膨胀，基本也可以忽略不计。除非某一天人类的科技发展到可以提供星际旅行，你才能感受到什么是四维时空。
但你干万不要觉得星际旅行很好玩，它对人的正常生活影响是非常大的。你以接近光速的速度在宇宙中航行一圈再回到地球，你还是出发时那么年轻，但地球上可能已经过了几十年、上百年，你的同龄人可能已经七老八十了，这是一件比较恐怖的事。
关于维度还有一点很有意思，就是低维生命体很难感受到高维世界发生的事。
举个例子，你可以把蚂蚁想象成一种二维的生物，它只能在一个平面内行走，它没办法抬头往天上看。它很难理解人的世界。
这个时候如果你突然把蚂蚁面前的一个面包渣拿走，对于蚂蚁来说，这个面包渣就是凭空消失了，因为他没办法感受到这个面包渣在二维空间里跑去了哪。
对于我们人来说也是一样，如果你某天发现你面前的一个苹果突然消失了，你就可以猜测有可能是一个超过三维或者更高维度的生命体把它拿走了。
这个苹果有可能出现在过去或者未来的某个时空点上，所以你看不到了，你作为一个三维空间下的生命体，是很难理解这个过程的。
虽然我们现在知道，时间和空间是一个整体，他们共同构成了四维时空，但时间和空间还是有一些区别。
最重要的一点∶你在空间上可以走回头路，也就是说你可以去一个昨天去过的地方。但在时间上不行，你永远没办法回到昨天早上七点这个时间点。也就是说，时间是不能倒流的。
比方说有一天你放学回家，发现把手机落在教室里了，这个时候你可以回到学校，回到班级教室里去取手机，但在时间上，你永远无法回到你走出教室但是忘记带手机的那一刻，你永远无法推翻你忘记带手机回家这个事实。
这就是时间维度一个很重要的性质，它不可逆转。也正是这个原因，我们总说这个世界是没有"后悔药"可以吃的，人在时间上只能向前走。
在爱因斯坦之前，人们一直认为时间是独立于三维空间而存在的。在相对论中，时间和空间产生了联系，共同构成了四维时空这样一个宇宙观。这是物理学意义上的四维时空宇宙。
那总结下时间的三个性质：
首先，时间有一个起点，它可以用来衡量事物的变化。
其次，相对论又告诉你，原来时间不是绝对的，而是相对的。相对性又包含两方面，人们不仅在时间长短上无法达成共识，具体表现为时间膨胀效应;甚至在时间点上，人们对两件事情是否同时发生，也存在分歧，就是所谓的同时性问题。
最后，时间只能向前走，没有回头路。
用一句话来概括，就是时间具有有限性、相对性和不可逆性，这三个性质。
比如说在广义相对论下，时间能不能倒流?能不能进行时间穿越?时间是否也有终结?研究这些问题呢，还是必须用我们的逻辑，逻辑也就是以直觉基础的理性，以这个为基础来进一步研究，长度收缩与相对质量。
下一集我们来看看相对论在其他方面还有哪些神奇的效果。这些效果究竟让这个世界更简单，还是更复杂?请继续关注《时间简史》下一集∶长度收缩与相对质量。低维度空间的生命的人能否感知高维生命的存在?