为什么人类想象不出四维的空间?

聚朋友之纵横中外


我们所生活的空间是三维的,所以我们无法想象出包括四维在内的更高维度空间究竟是怎样的。但我们可以通过低维空间的类比,来推测四维空间的结构。

零维空间是一个没有大小和维度的点,它代表着空无。但为了说明方便,我们通常会画出一个有大小的点。

通过无数的点连成一条直线,这就是一维空间。在只有一个维度的一维空间中,只有长度的概念。

如果把无数的一维空间在一个平面中聚集起来,这就得到了二维空间。在拥有两个维度的二维空间中,将会有长度和宽度的概念。

如果把无数的二维空间在一个立体中聚集起来,这就得到了三维空间。由于三维空间包含三个维度,所以就有了长度、宽度和高度的概念,这就是我们对这个世界的认知。

同样地,如果把无数的三维空间在一个超立方体中聚集起来,这就是四维空间。但我们生活在三维空间中,无法知道四维空间比三维空间多出了怎样的维度。

事实上,生活在三维空间中的我们只会看到三维物体的一系列二维截面,然后大脑再想象出三维的物体。也就是说,我们无法直接看到三维的图像,至于四维图像就更不可能了。

可以想象,如果我们是四维生物,我们可以从另一个维度直接看到三维生物所认为的“里面”,这意味着高维生命可以透视低维生命。这就好比“二维纸片人”无法看到里面,但生活在三维空间中的我们会从另外一个维度看到二维的“里面”。


火星一号


为什么人类想象不出四维的空间?

人类对于维度总是百般好奇,总觉得我们周围有更高的维度...比如总觉得有平行世界、或者另一个维度生活着外星人、或者认为有超级文明在更高的维度观察我们....因为未知与疑虑,所以我们总有一种迫害妄想症!当然也不能说人类想象不出四维空间,因为我们无法从更高的维度观测我们这个三维世界,因此要完整的想象出四维空间的结构是很难的。

这是从0维到四维的三维投影,从左侧0维到3维理解起来应该没有问题,因为自身的维度和比我们低的维度都能够观测到,比如下图的魔比斯环:

不用回头就能走遍正反两面,如果对于二维生物(如果有的话)肯定是难以理解的,因为这是它们本身的局限,而我们三维空间中则能完整看到他们在魔比斯环上绕的圈圈!

比如上图的克莱因瓶,如果有人在我们的三维空间中制造出这样一个独立空间的话,相信各位肯定觉得是活见鬼了,其实这和魔比斯环是一样的,我们能看到他们的“鬼”,但却见不到我们空间的结构已经改变了!

这是一个四维在三维中展开的GIF图,当然这只是我们对于四维空间的认识,即使用GIF表现也只是四维在三维空间中的投影而已,仅仅辅助理解,但四维空间到底是个什么样的空间,我们在三维中能想象出它们是包裹在我们三维空间外部的一个空间,而这个包裹是无孔不入的,也就是说包括我们的身体和内部构造和我们所有的建筑与装置,只能四维空间的观察者想看到就能看到,无论你用什么阻隔,对于更高维度的观察者来说就是透明的,而且来去无阻!

当然这仅仅是我们的理解而已,是否正确无法证明,或者有待于未来对于空间理解透彻之后的验证,也许线索就藏在遥远宇宙空间的暗物质和暗能量中!


星辰大海路上的种花家


让你想象一颗树、一只猫、一只狗,这确实很容易,即便再难一点,这颗树长着紫色的叶子,分了三个枝杈,同样我还能想象出来,但是如果你让我想象,树的叶子颜色很特殊,不像绿,不像紫,不像任何一种已知的颜色,而且树的形状也奇形怪状。

这让我想象,是真的想不出来了。

三维空间挺好想象的,我们都生活在其中,而我对于高维空间的想象,则全部来源于科幻小说或者科幻电影中,我对数学上的线性代数、几何并不是有点儿清楚。

零维、一维、二维、三维,这几个低维很容易理解,但攀升到四维之后,就难了,因为有一条维度是人类看不到的,也是从未见到过的。

爱因斯坦曾认为咱们的宇宙就是四维的宇宙,在我们所认知的三维空间之上还有个时间维度,即时空就是我们的宇宙。

在《三体》中有过人类进入四维空间的描述,是非常震撼的,原本在三维世界中存在着物体的遮挡与封闭,但是在四维空间中一切都不存在了,甚至可以看清楚身体的每一个器官与血液流动。

我觉得,在四维或者高维空间中,任何低维事物闯进去,将不可避免的遭受巨大信息量的冲击,因为高维的世界包含了低维的一切。

在四维空间中,有可能连物理定律都与三维不同,无论是物质的基本组成还是电磁波传播的速度。

在四维空间中可以抵达三维空间中任一点,如果说二维事物抵达三维看起来就像是一个扁片的话,那么同样的,三维事物抵达四维,也就像是一个“扁片”。


一枚游戏科幻迷


四维、三维、二维、一维这些名词最多的还是在网上看到的,下面这些回答大部分也和网上的差不多。我不知道这些解释最早出自于哪里,维度又和时间相关联,貌似又变得很复杂,我曾经对于那些解释也比较相信,但感觉又经不起进一步推敲,借着这个机会正好说说自己的看法。




时间属于维度吗?

这个可以肯定的说,时间不属于纬度,四维空间并不是三维+时间轴组成,也不要把四维空间和数学中四维模型相混淆,时间是什么?时间只是人们虚拟出来的一种计量方式,用来表述物体的运动,也就是说,如果整个宇宙包括原子都是静止的,那么时间就是静止的,时间是由物质运动所产生,因此时间旅行是不可能实现, 这里要补充一点回到过去,是不可能的,但是有可能会到达未来,因为时间是由运动产生,物体的相对速度不同,如果相对速度差别很大,那么他们所经历的时间就会相对不同,运动慢的物体时间就会过得比较快,运动快的时间就会过得比较慢,因此运动快的相对于运动慢的就好像是穿越到了未来,这其实就是爱因斯坦相对论。既然时间是不可以回到过去,一直向前,所以就不可能是四维空间的一个维度。反过来说如果是四维空间的一个维度,那么肯定是可以回到过去的,就像你可以向前走也可以向后走,所以长度是一个维度。




空间只有三维,没有其它维度

一个点、一条直线、一个平面都是三维的,根本不存在零维、一维、二维,因为构成物质的粒子是三维的,你在一张纸上画一个点、一条线,包括这张纸都是由基本的粒子构成,当然是三维的了,人只能看到平面的东西,但是可以在大脑中将平面东西转变为三维,按照这个规律,如果人类要发现四维空间,就必须直接观察到三维,而且还要取决于人类的大脑能否将三维转化为四维。就像色盲无法看清颜色一样,这是由于身体机能的限制,同样受制于身体机能的限制,人类只能观测到所谓的二维图像,无法观测到三维立体,所以人类是永远都无法想象出四维空间的,就像画鬼容易画人难,去虚构一个大家都没见过的东西显而易见是容易的,这也是网上有很多四维空间想象图的原因。



还能不能让我起名了


首先我们应该明确什么是四维空间,一維空间是长度,二维空间是长度和宽度,也就是平面,三維空间是长度和宽度和高度,也就是一个立体空间,那么四维空间应该是长度和宽度和高度和时间,这是被科学界认可的。这个世界奇怪的是,时间对于人类只能消费而不能拥有。就是说人只能一秒一秒地度过,度过了就再也找不回来了,人也没有办法回到过去,更没有办法穿越未来,所以人是三維空间的产物。

那么四维空间应该是什么样子的呢?如前所述,一維空间是一条直线,二维空间是两条直线相互垂直,三維空间就是三条直线相互垂直,那么四维空间一定是四条直线相互。这个空间人是没有办法完成的,所以人类想象不出四维空间。

虽然如此,我们可以在一个平面画出立体的图像,比如绘画,电视节目等都是利用平面展现立体的图像,就是说一个空间可以展现比这个空间多一維次的图像,那么在三維空间一定能做出四维的图像,可是这个图像人类是看不懂的,只有五维空间的意识是可以看懂的。如此说来四维空间就不是一个简单的图像了,而是一个三維空间的任何图形沿着时间轴的连续。数学是万能的,人类不能想象四维空间,但可以通过数学方程式来表达,比如:x²+y²=r²是园的方程式,x²+y²+z²=r²是球体的方程式,x²+y²+z²+t²=r²就是球体在四维空间的方程式。

因此,如何正确理解和认识四维空间和时间才是真正需要考虑的问题:

一、由于三維空间可以绘出四维空间的图像,那么我们的城市规划和建设就不能有太多的随意性,必须遵守老祖宗留下来的神秘的堪舆学,这是一代一代的实践和经验的总结。

二、必须珍惜时间有效利用时间,因为大自然一天只给我们24小时,今人常常以加班加点甚至是熬夜的方式利用时间。其实错了!每天加班两个小时一天并不是26小时,所以,只有工作的时间工作,休息的时间休息才是最有效地利用时间。

三、人生在时间上的恒等式是:过去+现在=未来,过去已经不能改变了,如果想要改变未来只有改变现在。


量子收藏


对于我们人类来说,立体的直角坐标系已经可以基本的代表三维空间,那么不难发现只要是能被你想象出来的某一个位置,一个点,我们都可以把它用三维的坐标系来加以表示。
现在你再想想,如果要在xyz三条轴上,加入一条来自第四维的轴,不管它叫做什么,该要往哪儿加?如何让它跟刚才提到的xyz三轴同时垂直?

是的,这个在我们的想象力范围内可以说是很难做到,由于无法感受,对于我们人类来说,只有通过“对2维空间和状态的感知”来感知“4维空间对3维空间和状态的感知”。
那么可以这么说,可以说在2维空间里的一切细节,对3维都是完全开放的,完完全全的开放,在某一个影像,或者说某一个画面被人类看见的时候,其实已经是一个单纯的平面了。而之所以我们还能感受到它的立体,仅仅是由于双眼摄入后大脑进行处理,最终展现的结果。这样的结果可能呈现真实,也可能骗过我们的双眼。那么可以清楚的看出,2维以内看2维,只能看到点和线。就这样的点和线的感知,都要经过我们的经验和假设,倒推和理解。
同理可知,若要从4维里强行看3维,可以看到3维空间里的所有细节。
可能也有过4维物体跟3维空间有过交错,但我们却无法感受。
人类对事物的认知价值观,虽然总体在交错,但毕竟基础还是唯物的,我们长久以来,甚至长久到人类历史以来,接受到的思想教育也是完全唯物的,所以在我们直观感受不到4维空间,无法用2维空间去理解4维空间的当下,也理所当然的无法想象到4维的空间。

超级王登科


四维空间可以想象出来,但是可能描绘不太准确,只能举例子说明下!

众所周知,我们现在存在的世界是个三维立体的空间,一维是一个点,二维是一个面,三维是立体空间! 所谓四维就是三维立体空间加上时间,用时间轴加上立体空间所组成的新的维度!

举个例子就很容易理解了。

我们在电影院看3D电影,身历其境的感觉很棒!这个时候荧幕里的场景给我们的感觉是就三维世界的表现,而我们作为不是存在于电影世界里的人,超脱于电影之外,对于电影里的主人公来说,我们就是在所谓的四维空间。比如我们看《战狼2》,冷锋他在的电影里面他就是在三维空间,而我们观众相对于冷锋来说,我们不在他的空间里,也不会延着他的时间走,因为我们可以改变他们的时间流向!就是快进或者倒退! 四维空间可以控制三维空间的时间走向,这个是高于三维空间的很大特点!

高于四维的五维空间,相对于四维空间,不仅仅是可以控制时间,已经可以改变时间和创造时间! 比如说冷锋,在四维空间你可以把他快进或者倒退,但是你无法改变他的命运,电影已经是拍摄完了,结局注定了!但是五维空间是可以改变时间和创造时间的! 就像导演,我觉得不好,我随时可以改变拍摄内容,重新拍!就像一个人从出生到死亡,一辈子百十年过得不幸福,五维空可以把时间抹去,一切重新来过!

六维空间好像是可以把时间分散,产生多个时间轴,一个冷锋可以设计出无数个命运。但是具体是怎么弄的,实在是解释不了,太深奥了。

从七维到九维,我看过的那本科普书实在有点深奥,理解不了,已经想象不出来的效果了。

以上纯属个人观点,不喜勿黑!


太上老君的葫芦


这是因为低维生物,眼里看不到高维生物,高维生物也无法理解低纬生物,要想理解,就需要先知道维空间理论,什么是维?

维空间是90年代的超弦理论的一种,宇宙是十一维构成的,而我们所处于三维。根据理论,零维就是一个点,没有长宽高。一维是一条线,没有宽,没有面积,体积。

二维就像电视上的画面一样,就是一个平面,只存在上下,左右不存在前后,只有面积没有体积。

三维则又多了体积,有了前后,而我们所处的就是三维。


四维则又多了空间。


上面的图片是根据理论,推测出来的四维,你可以试一下看看能不能找到最高点,这对于我们来说似乎是不能理解的,因为无论哪个角都是最高角,哪个也都是最低角。对于四维生物,我们更是想象不出来。





有人可能会问,为什么我们能想象出二维,却想不出四维空间是什么样?原因其实很简单,因为我们的眼睛就像是摄像机一样,而我们眼睛看到的画面是二维,只不过我们的大脑,把眼睛看到的二维画面以三维影响呈现在脑子里。因为我们眼睛看到的就是二维画面,所以我们能够想象出二维。如果有兴趣,你可以尝试一下,把你眼前的事物想象成画面,这样你看到的就像是二维一样,不过这仅仅是我的推测。

而我们想象不出四维的原因,和我们想象不出一维的原因一样,因为我们无法以直接或间接的方式,看到或接触到。


奇异秘闻


在数学意义上来说,空间实际就是一个集合。大家一想到空间维度即刻想到的是宇宙空间;实际上,除了三维坐标空间外,另外还有很多种空间,比如:物体的温度、颜色、辐射、表面张力,这就构成一个四维空间(物体状态空间);学生的身高、体重、年龄、智商、情商,这就构成一个五维空间(学生自身素质空间)……还有很多。

实际多维空间就是考虑问题要从多个维度(方面)去考虑,这在实际中很多人都用到的。农民种地要管控水、肥、虫、病、下种时节、除草等众多因素,实际就是管控一个多维空间。社会复杂,有时一个事情牵涉很多方面,这办成一件事情的所有因素就构成一个空间。

所以,空间不要太局限在三维的宇宙空间,还有很多的事件空间,人们不但早早就认识到了多维空间,而且早早就开始这么去处理事情,只是没有认识到这是在处理多维空间事件罢了。


鸥洋10


原因很简单,就是因为我们是三维空间物种,所以想象不出所谓的四维空间。又或者所谓的四维空间根本不存在!

我们通常所说的维度应该是这样的,零维就是一个点,一维是走无数点组成的线,二维是由无数线组成的面,三维是由无数面组成的体,包括长宽高!

也可以这样理解,低一级的维度都是高维度的投影,比如我们熟悉的三维空间投影就是一个面,二维空间!

还有一种理解方式,找到一个垂直于三位空间的长宽高的轴线,就形成了四维空间!

那么按照这种理解方法,四维空间应该是由无数个体(三维空间)组成,而且三维空间是四维空间的投影。

但在我们熟悉的三维空间里,无论如何你都找不到一条垂直于长宽高的另外一条线(维度)。也就是说,这条线是人们假想的线,假设它存在,但它到底存不存在我们并不确定!

有很多人说三维空间里的我们可以操纵二维空间里的一切,能看到那里的一切,但事实上二维空间真的存在吗?当很多人坚定二维空间肯定存在时,认为我们可以看到那里的一切,结果我们看到了吗?

不要说更高的维度四维度空间了,如果连我们已经非常理解的二维度空间都找不到的话,我们又有什么理由去寻找所谓的四维度空间呢?起码迄今为止我们没有发现任何二维度空间的生命!

所以说,不管是二维还是四维,更可能只是数学上的概念,现实中只有三维,然后加上时间这个维度!

以上仅是个人想法和观点,欢迎与大家一起探讨!


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