我们大家对于四维（空间的三维和时间的一维）是很熟悉的，可是理论家们现在正在重新考虑后加入的第五维，它可能对更清楚地了解宇宙的过去起重要的作用。

我们生活在一个四维世界里是无可非议的，比方完整地将某个特定事物置于不多，也不少于长、宽、高、时间这四个并列因素中是需要的。阿伯特 · 爱因斯坦在一九一五年提出的引力在万物的舞台——四维时空中只是一个曲率的观点，引起了我们自然观的革命。艾萨克、牛顿提出的一切大物体之间存在着一个相互作用力的观念被普遍的相对论所代替，相对论提出一个质量使时空向自身弯曲，同时它附近的物体对这个弯曲起反应，这样一来，万有引“力”的概念就变成多余的了。

为了使不能充分解释万有引力的物理学理论在各个方面得以协调，理论物理学家们正在重新估计宇宙的维数，以建立自然界中粒子和力的最终统一模型。这种想法自然而然地促使人们对于其它时空维，一个叫作超引力的考虑，这种理论在本世纪七十年代后半期被全世界的物理学家所发展。如果我们坚持四维时空的话，则物理学的理论是相当复杂的，而我们假如愿意接受我们的宇宙事实上是十一维的观点的话，那么物理学的理论就显然要简单化了，不过这些思想并不仅仅来源于超引力理论，四维以上的时空概念是一个固有的概念，它可以溯源至本世纪的初叶。

在爱因斯坦的普遍理论公之于世的六年后，一个波兰数理学家西奥多 · 卡路扎（Theodor Kaluza）提出不仅能用弯曲时空的理论来理解引力，并且同样能够用这种理论来理解电磁学，这导致在那个时候引力和电磁力作为同一类型的力而被统一描述。虽然这两个力过去在解释上是统一的，但是相当复杂的，因此卡路扎提出这些力可以重新解释，不是用四维的弯曲时空来解释，而是用五维——一个时间维，四个空间维的理论来解释。

一个数学上的便利

五维理论在开始的时候受到抨击是很明显的，因为从每天的观察来看，时空很清楚不是五维的，并且能够肯定没有一个较有权威的标准可以判定这种思想的优越性。不过在卡路扎的理论里，第五维具有比较特殊的性质，由此区别于其它的四个维。作为一个结论，这第五维可以看作是一个数学上的便利，而不是一个用普通感观可以观察的物体维。

在一九二六年，瑞典物理学家奥斯卡 · 克林（Oskar Klein）发展了卡路扎的理论，并提出还明显地存在着宇宙的四维性的时候，如何将这第五维提高到其它四维的物体性上来。他认为这第五维可能是物体的真实，但它却是如此地“小”，以致不能直接地观察到。

当然，我应该说明上面所说的“小”是什么意思。从某种感觉来看，宇宙有可能不是无限的，它是自我封闭的。只要有足够的时间和兴趣，一个人朝某个特定的方向去旅行，如果他在整个旅途中没有偏离地朝着一条直线方向前进的话，他最后将回到原来的出发点上。（想象宇宙是一个宽广的球形面，只要他始终直线地沿着大弧形旅行，或迟或早会回到原地。）他环游到原地所必须的距离与特定旅行方向的维的大小有关。

如果那个距离是非常短的话，这维将不能被直接观察到。考虑到这样一种可能性，即我们所谓的空间中的一个点，实际上是环绕着第五维周长的一个极其微小的圆圈。把空间中一系列的点加在一起成为一根线，然而如果这些点是极其微小的圆圈的话，它们结合在一起就形成一个圆柱形，这个圆柱形的直径是如此地细微以致它好像是一根线。但有多少细微呢？一毫米的百分之一吗？—个原子的直径吗？一个原子核的直径吗？

朝着物体性发展

如果上面三个看法中的任何一个确实是这样情况的话，那么我们就有可能用我们的方法很好地来观察这第五维，它的存在会被经典物理学的许多方面所证实。克林提出：由于五维物理学帮助我们将引力理论和电磁学统一起来，我们电磁学领域中带电粒子运动的知识会告诉我们一些有关第五维的量值的东西。他的计算揭示了第五维的圆圈的直径应该几乎相等于一个质子直径的10¹⁸分之一，这个结果和似乎仅仅只有四维的宇宙理论很难取得一致。

然而，即使在克林的工作里，这个新维仍必须以不同于其它三个空间维的数学方法来处理，这样就减少了它的物体性，使它仍然仅仅是可见时空观的理论附属品。比方来说，它总是停留在一个固定的量值上，没有加入到演化宇宙的千变万化中去。

爱因斯坦和美国人彼得 · 柏格曼（Peter Bergmann）是属于那些企图进一步加强第五维的物体性的物理学家。柏格曼在一九三八年发展了克林的早期思想。注意一下克林的推测之一是很有意思的，这个推测就是我们貌似的四维宇宙的量子性质实际上是一个五维的现象 · 所以，也许爱因斯坦对于五维物理学的兴趣，没有像他坚决怀疑那时已被公认的量子理论那样引起我们的惊奇的原因就在于此。一切物理测量中的测不准是由于用一个不完整的四维图像来描述一个五维世界而产生的，不是由于我们和被测量系统的相互作用而产生的内在不确定性。客观实在论者肯定要坚持测不准是由于我们和被测量系统的相互作用而产生的内在不确定性引起的这个观点，很遗憾，这个观点是短命的，因为它对于量子级现象的描述是不完整的。

一九五八年，一个法国物理学家琼—马里 · 索里乌（Jean-Marie Souriau）提出了一个模型，在这个模型里，用唯一的条件迫使第五维的行为和其它的四维在形式上完全相同，但由于一些明显的原因，它所表现的量值小得无法观察。索里乌建议中吸引人的方面是促使我们相信宇宙到现在为止并不一直是如此的，将来也不会永远有一个近乎四维的特征。

宇宙学的观察揭示了这个宇宙不是一个静态的，而是产生于大爆炸的一个动态统—体，随着爆炸而来的是不断地变化和膨胀。在索里乌的模型里，他认为不应该在第五维中排除这种变化，也不应该在它像其它四个较为熟悉的维那样可以直接观察的时候，企图设想一个时间。

一九八〇年，艾伦 · 乔多斯（Alan Chodos）和耶鲁大学的史蒂文 · 德特维拉（Steven Detweiler）提出了又一个五维的宇宙模型，这个模型就是这座吸引人的思想的结合。他们的模型暗示所有的四维空间（包括时间的话总数是五维）曾经在量值上有过一个可比较的时候。这个模型似乎并不完全排斥最深刻的设想，他们的模型预言在很早以前，近乎大爆炸时期，那时宇宙的特征几乎是二维的：一个是时间，另一个是空间，另外三个我们现在所熟悉的空间维就像今天的第五维一样，在量值上缩得微乎其微。

超引力的十一维的那些理论家们希望规定一个统一的描述，这个描述不仅包括重子（引力子）和光子（电磁子），并且包括自然界的其它粒子，而对这些粒子的描述到今天为止，还是用原来卡路扎 - 克林理论中的那种数学抽象态度来描述。不过乔多斯和德特维拉的更具有物体魅力的研究最后将扩伸到这个领域中来。

在对他们这些物理上的预言更为充分的调查基础上，我们将会看到无论是五维，或者更高的时空维模型将会被科学界普遍地接受。如果在某一个早晨，我们在一个显然的五维世界中醒来不知所措的时候，可以给我们一些安慰的也许是我们至少会想到对这种情况还有一个选择的余地。

[New Scientist，1982年4月]