如果对高等次元、虫洞、黑洞、相对论、时光旅行...等
有兴趣的人，想要有初步和大概的了解，可以找科普作品“穿梭超时空”来看看。
(不需要严肃的研究，只是有个基本的轮廓认识........)
以下是本书的介绍和试阅：
作者： 加来道雄(Michio Kaku)
译者： 蔡承志、潘恩典
出版社： 商周出版
书系： 科学新视野系列
纸本书出版日期： 20130911
平装．单色．448 页． 15cm×21cm
内容试阅 页次: 1 2 3
资讯来源：http://tinyurl.com/p974z2p
◆第1部 进入第五次元◇
◆第1章 超越时空的世界◇
我想知道上帝是如何创造这个世界。
我对于琐碎的现象并没有兴趣。
我想知道祂的意向，其他的都只是末节。
爱因斯坦
◆一位物理学家的教育◇
童年发生的两件事，丰富了我对世界的认识，并引导我成为一名理论物理学者。
我记得，当时我的父母亲有时候会带我去拜访旧金山著名的日本茶苑（Japanese
Tea Garden）。我的童年最快乐回忆之一，就是蹲在茶苑的池塘旁边，看着池中的鲤鱼闪
耀着醉人的色彩，在睡莲底下悠然滑过。
在宁静的片刻，我自在地让想像力任意奔驰；当时我会问自己一些只有小孩才会问
的可笑问题，像是，池塘里的鲤鱼是如何看待牠们周围的世界。我心想，牠们身处的世界
是多么奇妙啊！
那些鲤鱼一辈子都活在浅池塘里面，必然会认为牠们的“宇宙”只包含了泥泞的池
水和睡莲。牠们大部分的时间都在池底觅食，只会隐约察觉水面上或许存在着奇异的世界
。我身处的世界实在是牠们所无法理解的。我当时感到困惑的是，我就坐在离鲤鱼几英寸
远的地方，与牠们的距离却有如间隔着鸿沟。鲤鱼和我各自在不同的世界里生活，从来不
曾进入对方的世界，但我们之间却只隔着一道最薄的界限，也就是水面。
我有一次想像在鱼群里面说不定有一群鲤鱼“科学家”。我想，如果有某一条鱼提
出假设，认为在睡莲之上存在着平行的宇宙，这些科学家一定会加以嘲弄。对一位鲤鱼“
科学家”而言，只有鱼类能够看得到或触摸得到的东西才是真实的。池塘就是一切。池塘
之外看不到的宇宙根本就是不科学的。
我有一次碰到暴风雨，看到成千上万的细小雨滴冲击著池面。池塘表面波涛汹涌，
睡莲也因为水波的推动而四处摆荡。我一边寻找地方躲避风雨，一边觉得疑惑，鲤鱼会如
何看待这一切。对鲤鱼而言，睡莲看起来根本就是自己在四处移动，没有任何东西在推动
它们。牠们所生活的水就像我们周围的空气和空间一样是不可见的，牠们一定会对睡莲能
够自行移动而感到奇怪。
我当时想像，牠们的科学家大概会虚拟出一种聪明的构想，称之为“作用力”（
force），这样就可以隐瞒牠们的无知。由于牠们无法了解在不可见的水面上会产生波浪
，于是下了这样的结论：睡莲可以在没有外力的碰触下自由移动，这是一种不可见的神秘
实体，也就是所谓的作用力造成的现象。他们或许会为这种幻觉赋予一个令人印象深刻，
而高不可攀的名称（例如：超距作用[action-at-distance]，或者在没有任何东西碰触情
况下睡莲的移动能力）。
我有一次想像，如果我伸手下去把一条鲤鱼科学家捞出池塘水面，会如何。在我观
察这条鱼并把他丢回水里之前，牠一定会猛烈地扭动。我很好奇，其他的鲤鱼对此会有什
么看法。对牠们而言，这根本就是无法解释的事件。牠们首先会注意到，一位科学家从牠
们的世界里消失了。牠就这样消失无踪。无论牠们如何寻找，这条鲤鱼就这样从牠们的世
界里消失，完全不留痕迹。接着在几秒钟之后，当我把牠丢回池塘里，这位科学家又会突
然出现。对其他鲤鱼而言，这完全是一个奇蹟。
这位科学家在惊魂甫定之后，会说出令人惊异的故事。牠会说：“我在没有任何预
兆之下，也不知道怎么回事就被抓出了这个世界（池塘），并被抛到神秘的阴曹地府，那
里有闪耀的光芒，以及我从来没有看过的奇形怪状物体。最奇异的就是我抓住的生物，他
看起来一点都不像鱼。最骇人的是，他根本没有像鱼鳍一样的东西，却还能够行动。我所
熟悉的自然律在这个阴曹地府竟然不适用。之后，我发觉自己又突然被抛回到我们的世界
。”（当然啦，这个超出宇宙的经历实在是太过神奇了，绝大多数的鲤鱼一定会予以排斥
，认为这根本就是一派胡言）。
我一直在想，我们就像是鲤鱼，在我们的池塘里悠然自得地游泳，度过一生，并确
信我们的宇宙只包含了我们所能见到或碰触得到的熟悉事物。我们自以为是地否认会有我
们无法掌握的平行宇宙，或平行次元（dimension，或称为“维”、“维度”）与我们的
宇宙并存。我们的科学家因无法想像充斥在我们周遭虚空中的不可见振动，于是发明了“
作用力”这类的概念。更有部分科学家，由于他们无法在实验室里量测到令人信服的证据
，而蔑视高等次元的想法。
自那时候起，我就一直陶醉于有可能存在其他次元的想法。我和大多数的孩子一样
，大量接触时光旅行的冒险故事，时光行者进入其他次元去探索不可见的平行宇宙，普通
物理定律在那些地方当然都暂时被摆在一边。我从小到大都一直在揣测，航行进入百慕达
三角（Bermuda Triangle）的船只是不是会神秘地失陷在空间的漏洞里；我也曾经沈迷于
艾西莫夫（Isaac Asimov）的星球地基系列故事（Foundation Series）。故事里的银河
帝国（Galactic Empire）就是因为超空间旅行的发现而诞生的。
童年里的第二个事件也让我留下了深远的印象。八岁时，我听到了一个令我终生不
忘的故事。我记得学校老师告诉班上同学一位当时刚过逝的伟大科学家的故事，推崇他是
历史上最伟大的科学家之一。他们说，很少人能够了解他的想法，但是他的发现却改变了
全世界，以及我们周遭的一切事物。我当时并不十分了解他们想要传达的法想，但这个人
最吸引我的地方是，他在完成他的最伟大发现之前就去世了。他们说他花了好多年研究这
个理论，这批未完成的报告到他死的时候，都还留在书桌上。
这个故事让我陶醉。孩子都会认为这是个谜团。他未完成的工作到底是什么？他书
桌上的那批报告里到底写些什么？到底是什么问题这么困难又这么重要，连这么伟大的科
学家都要奉献这么多年的时光来寻求解答？我相当地好奇，因此决定要尽我所能学习有关
爱因斯坦，及其未完成的理论。我到现在还拥有这些温馨的阅读记忆，当时，我竭力寻找
有关于这位伟人及其理论的著作，并一个人安静地阅读一段好长的时间。我读遍了附近的
图书馆藏书，随后我开始搜寻市内的图书馆和书店，热心地搜寻更多的线索。我很快就发
觉，这个故事比任何神秘谋杀案都来得更有趣，其重要性也远超过我的想像。我决定要对
这个谜团追根究柢。就算我必须因此而成为一位理论物理学家，也在所不惜。
我很快就知道，爱因斯坦书桌上的那份未完成论文的内容。那是他试图建构他称之
为“统一场论”（unified field theory）的研究。这个理论可以解释所有的自然律，从
最小的原子到最大的银河系都适用。我当时还是个孩子，并不了解在茶苑里面游泳的鲤鱼
，和爱因斯坦桌上的未完成报告之间可能会有关联。我当时也不了解，高等次元可能就是
解答统一场论的关键。
随后在高中阶段，我几乎读遍了当地图书馆藏书，并经常拜访史丹佛大学的物理图
书馆。我就在那里发现，爱因斯坦的研究结果让我们发现了一种新物质，也就是反物质（
antimatter），这种物质的许多特性和普通物质雷同，但是一旦接触到物质就会爆炸成一
团能量而湮灭。我也读到有些科学家已经建造完成大型的机器，也就是“粒子对撞机”（
atom smashers），这种机器能够在实验室里制造出微量的这种奇特物质。
年轻的一个优势就是初生之续不畏虎。大多数成年人视为畏途的艰难险阻，年轻人
往往视若无睹。于是，我开始制造一具粒子对撞机。我阅读科学文献，并且自信能够建造
一具电子回旋加速器（betatron），这台仪器可以将电子推动到好几百万个电子伏特（每
一百万电子伏特，相当于以一百万伏特的电场将电子加速所获得的能量）。
我首先购买了少量的钠─22，这放射性物质能自然地放射正电子（也就是电子的反物质）
。随后，我还制造了所谓的雾室，这个设备可以让我们看到次原子粒子的痕迹。我当时成
功地拍摄了好几百张反物质痕迹的漂亮照片。随后，我在当地各个大型电子器材商店到处
搜刮必要的零件，包括好几百磅重的变压器钢铁废弃物，我就在我的车库里完成了一具二
、三百万电子伏特的电子回旋加速器，产生的能量足以形成反电子光束。电子回旋加速器
需要一具庞大的电磁铁，我说服我的父母亲帮我在高中美式足球场上缠绕二十二英里长的
铜制线圈，这才大功告成。整个圣诞节假期，我们就在五十码线上缠绕、组合庞大的线圈
，而完成了一座高能量电子弯曲通道。
制造完成的电子回旋加速器重达三百磅，能量为六千瓦，足以把我们房子产生的能
量全部耗尽。我一启动这台机器，几乎每次都都会把所有的保险丝烧断，使房子忽然陷入
一片漆黑中。由于状况频仍，我的母亲常常会摇头叹息（我想她可能在感叹，为什么她的
孩子不能像其他小孩一样去玩棒球或篮球，却在车库里面建造这些庞大的电子机器）。我
对这台机器非常满意，它产生的磁场高达地球的二万余倍，如此方能推动加速电子束。
◆面对第五次元◇
由于家境清寒，父母亲抱訫我没有能力继续我的实验以及教育。所幸，我在许多科学
研究计划上获得奖励，引起了原子科学家泰勒（Edward Teller）的注意。他的太太很慷
慨地安排我接受哈佛大学的四年奖学金，让我得以实现我的梦想。
讽刺的是，我虽然在哈佛大学开始理论物理学的正统训练，但我对高等次元的兴趣
却也在这里逐渐丧失殆尽。我就和其他的物理学家一样，开始接受一连串紧密而完整的教
育课程，学习每一种作用力的高等数学，但它们彼此间却完全无关。我还记得自己在电动
力学课程里为讲师解决一道难题时，我问他，如果空间在高等次元遭到扭曲，那么这个问
题该如何解答。他用奇怪的眼神看着我，好像我有点疯颠。我和其他的前辈一样，很快就
知道该把早期有关高等次元的童稚信念摆在一边。他们说超空间（hyperspace）并不适合
作为严肃的研究课题。
我对这种毫无系统的物理学习方式并不满意，我的思维也不断地飘回住在茶苑池塘
里的鲤鱼身上。十九世纪的马克士威（James Clerk Maxwell）发现了能够描述电流与磁
力的公式，这些公式虽然异常好用，却失之武断。我当时觉得物理学家就像鲤鱼一样，藉
著发明这些作用力来隐藏我们的无知，并试图解释为什么物体能够在不相互碰触的情况下
推动对方。我从学习过程里知道，十九世纪最大的争议之一就是，光是如何穿越虚空（
empty，从恒星射出的光线可以轻易穿越外太空的真空，到达无穷尽的遥远距离）。实验
显示光的确是一种波。但是假如光是一种波，它就需要藉著某种东西来“波动”。声波需
要空气，水波需要水，但是在真空里根本没有东西可以用来波动，于是矛盾产生。如果没
有赖以波动的介质，那么光怎么可能是一种波呢？于是物理学家炮制出一种称为以太（
aether）的物质，这种物质填满真空并形成光的介质。然而实验却证实“以太”根本不存
在。
最后，就在我进入加州大学柏克莱分校的物理研究所就读时，我意外发现了一套相
当奇特的理论，并为之震惊不已（虽然它仍有争议，却能够解释光如何穿越真空）。那种
震撼类似许多美国人初次听到甘迺迪总统遇剌消息时的感受。他们能够清楚记得听到这个
惊人新闻时的确实时间。当时他们在做什么，他们和谁说话。我们物理学家初次意外读到
克鲁查－克莱因理论（Kaluza-Klein theory）时，也会经历到这样的震撼。由于一般认
为这个理论完全是空想之作，研究所里从来没有人教授这个理论。因此，年轻的物理学家
都是在闲暇阅读时无意发现到它的。
这个另类理论对光提出了最简洁的说明；光实际上是第五次元的振动，也就是过去
神话里面所谓的第四次元。光之所以能够穿越真空是因为真空本身就能振动，“真空”实
际上是存在于四次元空间及时间次元里。只要增加第五次元，我们就可以将重力和光简洁
地统合在一起，简单的让人不敢相信。
回顾我在茶苑的童年经验，我忽然了解这就是我一直在追寻的数学理论。由于技术
上的难题，超过半个世纪以来，老旧的克鲁查－克莱因理论始终没有实用价值。但这种情
况却在过去十年里完全改观了。克鲁查－克莱因理论的更先进版本纷纷出现，例如：超重
力论（supergravity theory）与超弦理论（superstring theory）终于都能破解该理论
的矛盾。一夕之间，世界各地的实验室都竞相研究高等次元理论。许多世界顶尖物理学家
都相信，超越四次元时空的高等次元确实存在。这个学说已经成为严肃科学研究的焦点。
许多理论物理学家现在都相信，唯有研究高等次元，才能创造出足以统一各个自然律的广
义理论，也就是一超空间论。
如果我们能证实这个理论，未来的科学史家可能会记载，我们在二十世纪了解了超
空间可能正是破解自然与上帝创世本质的关键，这是当时科学概念的伟大革命之一。 这
个基本概念启发了连串的科学研究：世界各地重要实验室的理论物理学家，撰写了上千份
探索超空间特性的研究报告。《核子物理学》（Nuclear Physics）与《物理通讯》（
Physics Letters）这两份顶尖科学期刊，也持续以大量篇幅刊载许多文章来分析该理论
，全球也举办了两百多场国际性物理研讨会，探讨高等次元的影响。
然而，我们却仍然无法以实验证实，我们的宇宙是存在于高等次元之内（本书随后
的章节还要讨论证实这项理论的实际步骤，以及驾驭超空间力量的可能作法）。无论如何
，这个成熟的理论已经成为现代理论物理学的一个正统分支。例如，爱因斯坦生前最后数
十年所任职的普林斯顿高等研究院（Institute for Advanced Study at Princeton，也
是我撰写本书之处）已经成为高等时空次元的研究重镇。
诺贝尔奖一九七九年物理奖得主温伯格（Steven Weinberg）在最近的评论里，将这
个概念突破摘要陈述，他认为理论物理已经愈来愈像科幻小说了。
◆为什么我们看不到高等次元？◇
刚接触这个革命性学说时会觉得相当突兀，因为我们都理所当然地认定我们的世界是
三次元的。已逝物理学家帕格（Heinz Pagels）曾经表示：“我们的物理世界太明显了，
多数人根本不会感到困惑──空间当然是三次元的。”我们几乎光靠本能就知道任何物体
都可以长、宽、高来表示。只要赋予三个数字，我们就可以在空间里定位。如果我们希望
在纽约和某人共进午餐，我们会说：“我们在四十二街和第一大道转角那栋建筑的二十四
楼见面。”两个数字告诉我们街道转角，第三个数字则告诉我们离地高度。
飞机驾驶员也可以从三个数字知道自己的精确位置──飞行高度与在座标方格或地
图上定位的两个座标。事实上，只要将这三个数字标示出来，就可以确定我们世界任何地
点的位置，无论是我们的鼻尖，或是可见宇宙的边界。甚至连小宝宝也了解这一点：以婴
儿为对象的试验已经显示，他们会爬到悬崖边缘，头伸出崖边观察，然后爬回来。小宝宝
除了凭本能就知道前、后、左、右之外，他们还能分辨上、下。三次元的本能观念，打从
我们幼时就已深植在我们的脑中。
爱因斯坦将这个概念扩充，纳入时间成为第四次元。例如：要和那位某人共进午餐，我们
必须说明要在，好比说，中午十二点半在曼哈顿见面；换言之，要说明一个事件，我们就
必须描述其第四次元，事件的发生时间 现在的科学家希望能超越爱因斯坦的第四次元概
念。目前的科学界专注于第五次元（超越时间次元与空间三次元）和更高次元（为了避免
混淆，我发誓要在本书里将这个第四次元特别提出来，称之为超越长、宽、高的空间次元
。物理学家则称此为第五次元，不过我要遵循前辈的作法。我们就将时间称为第四时间次
元）。
我们要怎样“看”这个第四空间次元？
问题是，我们根本看不到它。高等次元的各度空间是不可视的；无论你怎样试都没
有用。德国著名物理学家亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）将我们不能“看”到第四
次元的情况，与盲人无法理解颜色概念的情况相提并论。无论我们如何口沫横飞地向盲人
描述“红色”，语言就是无法把颜色的多彩多姿传授给别人。既使是研究高等次元多年的
老练数学家和理论物理学家也都承认，他们根本无法想像这些次元的样貌。他们只好退而
求其次，以数学公式来描述。虽然数学家、物理学家，和电脑都能够解出多次元空间公式
，人类对于本身世界之外的宇宙却根本无从想像。
我们只能使用本世纪初的数学奇人欣顿（Charles Hinton）发展出来的数学伎俩，
聊以一瞥高等次元物体的投影。此外，有其他数学家，例如，布朗大学（Brown
University）数学系主任班考夫（Thomas Banchoff）等人，则已经完成了电脑程式的撰
写，让我们能够将高等次元物体投影到电脑的二次元平面萤幕上。希腊哲学家柏拉图（
Plato）曾经说过，我们就像是无可救药的穴居人，无法看到洞穴外面的无穷生机，却只
能看到其暗影。班考夫的电脑则让我们目睹高等次元物体的投影（我们实际上是因为演化
的意外发展，而无法看到高等次元。我们的大脑是为了应付三次元世界里的各种紧急状况
而演化出来的，于是，一旦有狮子跃扑而来或大象向我们冲刺，我们能够不加思索，光凭
本能就可以辨识，并作出反应。事实上，能够在三次元世界里看出物体移动、转身，或扭
曲的人，就比不具备这项本领者更具生存优势。很不幸地，人类并没有应付四次元空间行
动的天择压力。因为，具备看到第四空间次元的能力并无助于逃避剑齿虎。狮子、老虎并
不会从第四次元扑出来攻击人类。）
◆高等次元的自然律较为单纯◇
有一位物理学家喜欢以高等次元宇宙调侃听众，他的名字叫做佛洛恩德（Peter
Freund）。这位理论物理学教授任职于芝加哥大学著名的费米研究所（Enrico Fermi
Institute）。早自一般人认为超空间理论超出主流物理研究范畴的时代，佛洛恩德就从
事超空间理论研究。这位研究先锋和一小群科学家，各自投身于高等次元科学研究；如今
，这门学科终于成为正统科学研究领域的一环，他相当高兴自己早年的兴趣终于有了回报
。
佛洛恩德迥异于传统科学家，他没有偏执、乖戾、不修边幅的形象。他具有一种能
言善道、深受文化陶冶的都会形象。他还会露齿绽放出狡猾的顽皮笑容，他会用奇妙的故
事陈述动人的科学发现，深深吸引一般大众的注意。无论他是在黑板上涂写精密算式，或
是在鸡尾酒会与他人相互调侃，都一样轻松写意。佛洛恩德操著浓重的罗马尼亚口音，却
拥有超凡的本领，能够以生动有趣的方式解释最深奥难懂的物理概念。
佛洛恩德提醒我们，传统上，科学家一直因为无法测量高等次元，加上它无实用价
值，而质高等次元的存在。不过，晚近科学界愈来愈能够了解，任何三次元理论都“太小
”了，无法描述左右我们宇宙的所有自然作用力。
佛洛恩德强调，物理界在过去十年里流传的一个基本观点是，以高等次元来呈现自
然律会更单纯，更优雅。高等次元就是自然律的归属。以高等次元来描述光与重力定律会
更清晰分明。将所有自然律统一的关键就是增加空间与时间的次元数目，这样才能够将更
多的自然作用力包含在内。高等次元有更多的“空间”可以统一所有已知的物理自然作用
力。
佛洛恩德以一个比喻来解释，高等次元为什么可以激发物理学的想像空间，“我们
就以猎豹为例，这是一种拥有流线型体态的漂亮动物，也是一种地球上跑得最快的动物，
牠们在非洲大草原上自由徜徉。猎豹在自然栖息地里是一种美妙的动物，几乎可以说是一
种艺术杰作，牠们拥有其他任何动物所无法匹敌的速度与优雅特性。现在，”他继续说明
如下： ▲假设有一只猎豹被人类捕获，并送到动物园悽惨地关在笼子里。这只猎豹
丧失了原有的典雅美貌，被展示以供人类观赏。我们所能看到的猎豹在笼子里一直是垂头
丧气，精神不振，我们看不到牠原有的力量与优雅。我们可以用猎豹来比拟物理定律，在
它们的自然环境里，这些定律都相当美丽。物理定律的自然栖息地就是高等次元时空。我
们却只能在这些物理定律被剥夺原貌，关在笼子里展示的时候，才能加以观测，这个笼子
就是我们的三度空间实验室。我们只有在猎豹的优雅与美丽外观被剥夺之后，才能看到牠
。△
数十年来，物理学家始终不解，为什么这四个自然作用力（见后文）呈现出片段不完
整的形貌？为什么这只关在笼子里的猎豹看来会这么悽惨，这么颓丧。佛洛恩德说过，这
四个自然作用力之所以不能统合的主要原因是，我们一直在观测“被关起来的猎豹”，我
们的三度空间验实室对所有物理定律而言，就是死气沈沈的动物园牢笼。一旦我们在高等
次元时空里铺陈这些物理定律，也就回归到了定律的自然栖息地，我们就能看到真正的绚
丽外观与无穷力量；这些定律会变得相当单纯，且威力无穷。最近席卷物理界的革命性创
新学说是，超空间可能就是这只猎豹的自然归属地。
接着，我就说明为什么增加一个高等次元可以使事件简化。想像古罗马人发生重大
战役时的战略。古罗马时代的伟大战役通常都在许多小型战场同时进行，且经常是一片混
乱，许多流言和错误情报从各处传达给交战双方。双方在许多前线地点激战。罗马将军通
常是盲目指挥。罗马人常是依靠蛮力，而不是因为精妙的战术而获胜。因此，教战第一守
则都是要先行占领高地。换句话说，就是要跳升到第三次元，来超越二次元的战场。从高
峰的据高点可以鸟瞰战场一览无遗，混乱的战局突然不再那么混乱。换句话说，从第三空
间（也就是从丘陵顶峰）观测，发生在小型战场的混乱场面，就可以统整为条理分明的单
一场景。
以高等次元来描述自然可收简约之功，爱因斯坦成功运用这个原则，并成为狭义相
对论的中心思想。爱因斯坦发现时间是第四次元，并证明空间和时间能够很自然地统合为
一，并形成一个四次元理论。接着，他又很自然地发展出他的新概念，将所有以空间与时
间为测量基础的物理量统合整在一起，例如，质量（matter）与能量（energy）。他接着
就发现了描述质量与能量统一关系的精确数学式：E=mc2，这可能是全世界最著名的科学
公式。