大脑也有高维度空间的证据，未来如何利用维度概念造福科学研究？

近一个世纪前，埃德温·哈勃发现星系离我们越来越远了，这表明宇宙空间本身正在变大，也就是宇宙膨胀。结合一些欧几里得几何学提出的一些建议，哈勃的发现其实一定程度上这种现象就在暗示宇宙存在于我们日常生活中熟悉的三维空间之外。

现在，宇宙结构的某些部分正在逐渐分开，而且宇宙是没有物理中心的，也没有三维空间的原点。试想一个膨胀的气球，仅仅从它不断增长的二维表面的角度来看，然后从我们三维空间中看到的膨胀，再到四维空间的其他反应……这一观点表明，三维空间可以弯曲、折叠成第四维度，就像气球的二维表面弯曲成第三维度一样。

我们看不到或感觉不到更多的维度吗？理论物理学预测它们是存在的，近期科学家发现我们的大脑中也存在多元宇宙的证据。确实很有意思，但有什么实际意义吗？它们能成为应用物理学的一部分吗？

脑科学的维度空间

借助代数拓扑学的方法，科学家在人脑神经网络中发现了特殊结构和多维几何空间。一项新的研究表明，人脑的结构和形状可能有11个维度。大脑中估计含有860亿个神经元，神经元的突触连接，脑细胞的分工合作，最终形成了一个超庞大的细胞网络。

根据《神经科学前沿》杂志上发表的研究报告，科学家正在进行一个名为“蓝脑”的项目研究计划，现在，这个国际科学家研究团队已经获得了神经科学领域前所未有的结果。科学家利用代数拓扑的数学模型来研究人脑网络中的不同结构和多维几何空间。在这项研究中，科学家们注意到结构是如何同时形成的，它们被交织成一个“统一体”，从而创造出一个精确的几何结构。

大脑网络（L）和拓扑（R）的示意图

科学家向我们解释道，我们大脑中的每一个神经元都能以特定的方式与相邻的神经元相互连接，从而形成一个相当复杂的网络。当大脑处理信息的时候，高维空腔的存在表明神经网络中的神经元对刺激的反应是非常有组织的，有规律的，它们会自己组成一个空腔。这就好像大脑对诱导的反应是通过构造然后粉碎一个由多维块组成的塔，这其实就是大脑对一维，二维，三维，四维和五维等更为复杂的几何结构的处理。整个大脑的活动顺序类似于一个多维高塔。

在大脑科学中我们看到了一些维度的反应，但是我们又回到了一开始的问题，如何利用维度，有什么实际意义？或者说现在有什么概念呢？接下来为大家讲述一下理论物理学或者现实科学研究里面一些维度概念的体现。

影视作品的科幻维度

理论物理学家们在讲授第四维度时，都会使用了类似的方法，那就是绘制一种叫做超立方体的模型，或者是使用埃德温·哈勃19世纪《平地》中的概念，这本书想象了生活在只有长度和宽度的平面世界上的二维生物。由于看不到第三维度，二维生物只能看到三维生物的一个切面，有点像计算机断层扫描或核磁共振成像的身体切片图，这就是第四维度

在未来，维度概念如何被我们利用呢？其实如果一个先进的文明学会了如何控制更高的维度，他们就能利用维度做驱动，提升自己飞行器的速度，比如翘曲和曲率推进。在星际飞船前面的时间和空间施加某种压缩效应，在后面加上膨胀效应，你就会得到翘曲驱动。不过到目前为止。这样可行吗？总有一天，也许很快，我们就能从大型强子对撞机中或者世界各国科学家的研究得到一些数据，但即使找到证据，真正利用起来也不是那么容易。

时空旅行也会被认为是高维度的表现，时空旅行不是一个空间维度，而是时间的维度。我们没有回到过去或者改变历史的技术，但是如果我们能找到一种穿越其他维度的方法，就可以在时间线上看到整个三维维度，维度空间的某处应该允许我们进入某种隧道。

理论物理学家认为多维宇宙中另一种可能的穿梭方式是虫洞。当卡尔·萨根需要一种比较科幻的方式让人类穿越星际距离时，他咨询了理论物理学家基普·索恩。索恩和他在加州理工学院的同事一起研究，得出了一个方程式，确实有一个稳定的、可穿越的虫洞，一个可以连接不同时空区域的隧道系统。其实早在10多年前，米盖尔·阿尔库彼尔就证明了爱因斯坦的广义相对论允许飞船进行曲速驱动，因此萨根认为虫洞概念是科学上唯一有效的方法，通过它，主人公就可以足够快地穿越银河系，以满足故事情节的需要。

不过无论是对于曲速驱动还是可穿越虫洞，都需要一种称为负能量的现象来扭曲空间。凭直觉很难想象负能量是什么，但它的存在与一个已知的物理领域一致，即量子场论。事实上，利用量子光学技术和一种称为卡西米尔效应的现象，物理学家实际上已经可以产生了一种微小的负能量，也就是负真空能。

现在我们可以制造微型虫洞

德克萨斯州奥斯汀高级研究所的物理学家Eric Davis是一位研究超光速推进概念的专家，他认为最有希望的方法是使用一种称为福特斯维特反射镜的量子光学装置。它可以集中负真空能量。如果你用一个小的福特斯维特反射镜来做，它会产生一个微小的虫洞，但是戴维斯说，这个装置可以被放大，使虫洞越来越大，最终足以让宇宙飞船进入，不过目前还做不到这样。一开始寻找出口点是整个过程最困难的，但理论上可以将福特斯维特反射镜放置在不同的点上，以创建一种调谐器，大大减少灾难发生的可能，例如从地球附近的某个地方到附近恒星系统中类似地球的行星的某个点。

一旦第一个虫洞建立了稳定的入口和出口点，我们就可以在地球和我们的第一个目的地之间来回移动。我们可以探索这个恒星系统，特别是如果它是一个我们可以殖民的可居住行星。因此，一点一点地，我们可以在银河系的小角落里创造出各种各样的虫洞网络。

展望未来，维度可利用

无论是脑神经科学的发现还是量子场论的量子光学设备，这些结论和数据都在为我们展示维度的存在和未来的可利用性，虽然这天可能很晚才能到来，但是通过不懈研究，我们也可以创造属于自己的虫洞，在星系间自由穿梭。