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想象一下，假设你是一只盲眼的蚂蚁，你想确定你处在图1-7中的哪个曲面上，于是你开始爬来爬去。你感到你生活在一个二维的空间里，因为你没法接触到第三个维度（也就是说，你没法离开你所在的曲面），但这并不阻碍你的“侦探”工作：你还是可以确定一条直线（两点之间最短的线），所以你只需要简单地加一下三角形的内角和就可以了。如果你加起来的角度是270°，你就可以宣布：“啊哈！比180°多耶，我一定是在一个球体上！”为了给你的蚂蚁同伴们更多惊喜，你甚至可以计算出走多远才能回到出发点。我们日常所说的所有几何特征，比如点、线、角、曲率等，都可以在一个二维曲面上定义出来，根本不需要用到第三个维度。这意味着，即使不存在第三个维度，数学家们也可以定义出一个弯曲的二维面——这是一个弯曲的二维空间，只有它本身，而不是某个物体的表面。
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图1-7 如果你在这些曲面上画三角形，它们的内角和可能大于180°（左图），也可能等于180°（中图），也可能小于180°（右图）。爱因斯坦告诉我们，在三维空间里，也存在这三种可能性。
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对于大多数人来说，这些非欧几里得几何的空间，完全是神秘的抽象概念，对我们的物理世界来说毫无用处。然而，爱因斯坦带着他的广义相对论，登上了历史舞台。他仿佛在告诉人类：“我们真的是蚂蚁！”在爱因斯坦的理论中，三维空间可以弯曲，即使缺乏让它可以弯向的隐蔽第四维。所以，关于我们的空间究竟是什么样的，不能像欧几里得的粉丝们所希望的那样，只依靠纯粹的逻辑推理。它只能通过测量来解决，比如在空间中画一个巨大的三角形（可以用光线画出边缘），并把它的内角加起来，看看是不是等于180°。在第3章，我将告诉你，我和同行们玩这个游戏玩得多开心。那么，结果如何呢？如果你画的三角形有整个宇宙那么大，那它的内角和应该差不多等于180°；但是如果这个三角形里满满当当地塞着一个中子星或黑洞，那内角和就会大于180°。所以，物理空间的形状比图1-7里的三个例子复杂多了。
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再次回到幼儿园小朋友的问题上。我们知道，爱因斯坦的理论允许空间是有限的，但并不是以图1-6中那种傻乎乎的方式，而是以弯曲的形式。举个例子，如果我们的三维空间弯曲了，就像一个四维超球面的表面，那么如果我们沿着直线一直往前走，走啊走啊，最后会从相反的方向回到起点。我们并不会从三维空间的边缘掉下去，因为它根本没有边界。就像图1-7里的蚂蚁一样，它在球面上爬行时，永远不会遇到边界。
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实际上，爱因斯坦的理论哪怕在空间不是弯曲的情况下仍然允许空间是有限的！看看图1-7中的圆柱体，从数学上来说，与其说它是弯曲的，不如说它是平的：因为在一张卷成圆柱形的纸上画一个三角形，它的内角和等于180°。让我们用剪刀把这个三角形剪下来，你会发现它能平摊在桌面上。而对球面和双曲面上的三角形来说，却做不到这一点，除非你把纸弄皱或撕破。然而，尽管图1-7中的圆柱面在蚂蚁看来是平的，也就是说，如果蚂蚁沿着一条水平直线前进，最终依然会回到它的出发点。数学家把这种空间的连接性称为“拓扑性”（topology），将所有维度上都连接着自身的平滑空间称为“环面”（torus）。一个二维环面的拓扑性与面包圈（就是中间有一个洞那种）很相似。爱因斯坦的理论允许我们栖息的物理空间是一个三维曲面，这样，它既是平滑的，又是有限的。或者，它也可能是无限的。
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总而言之，我们居住的空间可能是无限的，也可能是有限的——根据我们对空间性质的最佳理论，也就是爱因斯坦的广义相对论，这两种可能性都完全说得通。那么，空间到底是无限还是有限？我们将在第3章和第4章继续讨论这个迷人的话题，在这两章，我们将找到空间无限的证据。然而，幼儿园小朋友的问题引发了另一个有趣的问题：“空间究竟是什么？”直观看来，我们都认为空间是一种物理实体，编织出了整个物质世界。然而现在，我们已经窥探到，数学家眼中的空间只是一种数学的东西。对他们来说，研究空间就像研究几何学，从这个意义上看，它所有的固有性质都是数学性质，比如维度、曲率和拓扑性。在第9章，我们将进一步讨论这个话题，你将看到，从定义良好的角度看，我们的整个物理实在只是一个纯粹的数学物体。
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在本章，我们探索了我们在空间中的位置，呈现出了一个极其庞大的宇宙——比我们祖先所认为的大多了。要理解宇宙最深处发生了什么，我们可以用望远镜来观察。然而，只探索我们在空间中的位置是不够的，我们还需要了解我们在时间中的位置。这正是下一章的主题。
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◆人类一次又一次地意识到，我们周围的物理世界比想象的大多了。我们所知的一切，都只是一个更庞大结构的一小部分：地球、太阳系、星系、超星系团，等等。
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◆爱因斯坦的广义相对论允许空间是无限的。
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◆广义相对论也允许空间是有限的，但却没有边界。所以，如果你往前不停地走啊走，你可能会从相反的方向回到出发点。
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◆空间编织出了我们的物理世界，它本身可能只是一个纯粹的数学物体，因为从某种意义上讲，它所有的固有性质都是数学性质——代表维度、曲率和拓扑性的数字。
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穿越平行宇宙 [:1700916041]
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穿越平行宇宙
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穿越平行宇宙 知之为知之，不知为不知，是知也。
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孔子
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最可怕的无知，就是拒绝接受你所不知道的东西。
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韦恩·戴尔（Wayne Dyer）
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我们的太阳系从何而来？我儿子菲利普上二年级时，卷入了一场热烈的讨论。