为什么人类想象不出四维的空间?

聚朋友之纵横中外


不要说四维了,人类其实连三维空间都并不能真正掌握。

让我们先谈谈相对简单的事儿,比如成为一个优秀的职业棋手,需要哪些素质。成为一个优秀的职业棋手,最重要的能力之一,就是拥有强大的处理二维平面上图形变化的能力,虽然中国象棋、国际象棋还是围棋的棋子都是立体的,但这些棋类的游戏的本质,其实都是二维平面上的游戏。可就算是二维平面的游戏,又有多少人玩得好呢?

图示:真三维国际象棋,但没有人真的愿意下这种棋,这对人脑来说太难了。


但不要沮丧,因为我们的大脑,本来就不是用来下棋的。我们的大脑是用来生存和繁衍的。下棋这种事儿在从前都是吃饱之后的娱乐,与生存和繁衍无关。


虽然,人类生活在三维空间中,但其实我们并不能真的掌握三维空间。比如机械工程中,我们需要把三维物体拆开成二维物体才能真正理解并进行制造。机械制图中著名的三视图就是这个原理,将三维物体,投影到三个平面上,将其拆解成二维物体,这就是著名的三视图(俯视图、正视图、侧视图)。这才是符合人类能力的理解方式。

图示:飞机外观的三视图。


人类感知的其实是大脑合成的假三维体验

我们的双眼看到的其实都是二维平面,这是因为我们的视网膜就是二维的,所以我们根本不能真实地看到三维物体。我们看到的只是三维物体的二维投影。那么人类是如何产生立体视觉的呢?

图示:三维物体投影到我们的视网膜上形成的是一个二维的投影。还是一个上下颠倒的影像,不过这问题不大,大脑会自动将它纠正过来。

图示:立体视觉原理

我们的左右两只眼睛基本位于同一个平面,这是形成良好立体视觉的需要。这样左右两眼所看到的影像就会稍有差异,大脑将左右两张图像叠合在一起,就能感知到立体图像了。从前有种简陋的立体照片,就是利用这个原理来获得的,分别拍摄两张照片,你在观看时,将这两张照片合二为一就会产生一个立体的幻象。

图示:通过左右抖动画面,是否觉得画面中的金字塔多了立体感?


搞懂了这个道理,历史上很早就有人制作出了三维电影,但是那时候技术条件有限,三维电影热闹了一阵就烟消云散,直到三维阿凡达电影问世,那精妙绝伦的三维影像,才真正得到了观众的认同。自此之后,每年都有三维电影的大片问世。

实际上,通过计算机的换算,一些画家可以在平面上画出极其逼真的假三维物体,这充分证明我们的大脑中所感知的三维立体影像,其实只是一种幻觉。

图示:比利时画家本海因令人印象深刻的铅笔画。

用立体投影制造虚拟四维影像

不过,虽然我们不能直接在大脑中模拟出四维物体,那只是因为我们的大脑压根不需要去想象一种压根不存在的的东西,但自从我们发明了数学和几何,我们就拥有了拆解任意维度的非凡能力,我们可以把难题变得简单。


我们甚至可以给四维生命制作一个四维电影,只需要有真正的立体投影术即可。

图示:立体投影仪投影的真3D地球影像。


既然人类能在二维平面上创造出三维幻象。那么四维生命也能通过将四维物体投影到三维空间中,制造出四维幻觉,这里我们假设它们的视网膜是三维视网膜,它们观看的其实同样是四维物体的三维投影,然后在它们的四维大脑中,合成为假四维影像。



著名的卡拉比-丘成桐六维空间

现在,我要说一下,不是所有人类都无法想象高维空间,至少某些人能用某些奇特的方式想象高维空间,比如大名鼎鼎的几何学家卡拉比。1954年,卡拉比提出用一个具有某种特定数学性质的紧密蜷缩的高维空间来解决粒子物理学中遇到的问题。但当时几乎所有数学家都不相信这样的高维空间可以在数学上真实存在。注意,先不论现实问题,而是在理想的纯数学世界中,这东西是否能够存在。

虽然,卡拉比提出了猜想 ,但他自己并没有证明这个猜想,最终是由中国数学家丘成桐证明,在数学上允许存在这么一种特殊的空间,并且它至少有六个维度,即是一个六维空间。上图就是卡拉比-丘成桐空间的三维立体投影。下图则是丘成桐的故乡,将这个图形放在市广场中心,作为纪念。

图示:2018年12月22日上午,直径2.6米高3.6米自重5吨的卡拉比-丘成桐空间雕塑,在丘成桐家乡蕉岭落成。



三思逍遥


我认为人类是可以想象出四维时空的样子的。但是要让人想象出数学上的四维空间的话,确实有一点困难。

我们生活的这个四维时空

爱因斯坦提出的四维时空,是时间和空间的统一体。时间被作为了一个独立的维度来看待。虽然是一个独立的维度,但事实上时间和空间是有关联的,这个关联就是真空中的光速c。这样的四维时空就是我们所生活的这个时空。

我们日常生活的经验,基本上都是在相对低速的情况下获得的。所以我们很容易就可以想象的出一个低速的四维时空——这就是我们每日所见的时空。我们做梦,我们看电影都能够重现日常对于这个四维时空的体验。


但是,由于我们很少有在高速的情况下这个四维时空的直观体验,因此对于这个时空的真正的实景,我们仍然很难(但不是没有办法)去想象,这也涉及到心理学的一些理论,诸如感知和认知的心理形成方式。

闵可夫斯基和爱因斯坦就曾以几何推理的和思想实验的方式,进行了对我们所在四维时空在高速情况下实际体验的想象,由此才给出了《闵可夫斯基图》和《狭义相对论》。

上图:闵可夫斯基图——时间光锥。此图是把空间投射到二维平面,从而实现把四维时空投射到三维透视画法的投影(实际还是二维,就跟我们欣赏画作一样)。


数学上的四维时空

数学上的四维空间,第4维度就不一定是时间了。这里的第4个维度,实际上和前三个维度没有任何差别。他们都是可互换的完全等同的空间自由度。这样的四维空间完全是逻辑上抽象出来的,并不是物理现实。这个四维空间常常与爱因斯坦提出的四维时空相混淆,让许多读者混淆两者的概念。因此我们不要把下面的这种四维空间的立方体的示例认为是爱因斯坦四维时空的一个想象图——

上图:数学上的四维空间在三维空间的投影(这不是四维时空的演示,我们的世界绝对没有这样怪诞的情形)

要理解这个四维空间在三维上的投影都十分困难,更不要说在自己的脑海中去想象这种四维空间了。

结论

我们并非想象不出四维空间,只是想象不出远离我们生活体验的那种四维空间。毕竟我们就生活在四维时空之中。


小宇堂


四维空间到底存不存在,现在是个未知数,但是假如它存在,那么就可以通过某种形式影响三维空间,进而被我们感知到。

现在,我带大家做几个简单的试验,来展示高维空间可能对低维空间产生的影响。

首先,准备一张A4纸,在上面画一个毛毛虫,起名叫作“虫虫”。虫虫是个二维生命体,一生都生活中这张A4纸上,并且认为这就是它的宇宙。它也热爱研究物理,它发现宇宙的大小是210mm×297mm(A4纸大小),宇宙质量是4.37克(A4纸的大概质量),而且宇宙是个光滑的平面。

虫虫只能看到自己的宇宙,它很快就把宇宙研究透彻了,认为自己是伟大的天才……

然后,你拿着以下工具登场了,剪刀、一杯水、手电筒。虫虫万万没想到,还有个三维空间智慧生物,正饶有兴致的看着它和它的宇宙!

现在开始实验:

第一步:你拿着纸,卷了一个桶状,虫虫发现自己瞬间从宇宙的一端到了另一端!这太不可思议了!




第二步:你在纸上泼了点水,虫虫发现它的宇宙质量变大了,这是怎么回事??(当然是因为纸湿了……)






第三步:你拿手电筒在纸上照了一下,虫虫发现自己宇宙中的某个地方温度升高了!!(光带来的热辐射……)



第四步:你拿剪刀在纸上剪了个洞,虫虫走到这里,不小心掉了下去,离开了它的宇宙!哦!最后,虫虫终于被你整的崩溃了!!



我们看一下这几个试验,很简单、也很理所当然,但是里面可有大学问!!

首先虫虫只能生活在它的宇宙中(纸上),它看不到三维空间,它所研究的物理学只在纸上成立。因此它不可能理解三维空间的物理。

那么,我们泼水,对虫虫来说,就是它的宇宙质量无缘无故地增加了;我们照射光辐射,就是它的宇宙温度无缘无故地升高了;我们卷曲纸张、剪个破洞,就是改变了虫虫宇宙的空间结构,让虫虫在它的宇宙中穿越或者消失……

同理,四维空间也可以影响三维空间,而让我们无法解释。你可能会说,四维空间不一定有智慧生物!其实不需要有智慧生物,只需要有物质,例如四维的星体,如果它和我们的三维空间相接近或者相接触,都可以对三维空间产生影响!(三体这本书中提到了降维打击,有点相似)

那么我们世界中一些尚且无法解释的现象,例如看不见的暗物质、找不到的暗能量,为什么不能解释为四维空间对我们的“泼水”和“照光”?!

还有如一些神秘现象,例如幽灵船(船员莫名消失)、百慕大三角等,为什么不能解释为四维空间对我们空间结构的改变?!

当然,我希望这些问题,都能在我们自己的宇宙中,用我们的物理学找到答案;但是如果未来真的做不到,不妨考虑一下高维空间影响的可能性。而且,我们一定可以通过这种影响,部分地倒推出高维空间的景象。

所以,如果四维空间真的存在,我相信人类一定有可能描述它的景象!或多或少而已!

毕竟,“虫虫”只是虫虫,而我们,是智慧生物!!



东升西落——专注回答科普问题的理科男,研究生学历,酷爱物理学及科普著作,高中时就加入物理兴趣团体,登过天文台,看过望远镜,找过室女座……。

回答特点:力求通俗而准确,严谨而活泼

有问题的欢迎讨论回复,喜欢的话烦请关注,谢谢!


东升西落


大家有没想过,我们所处的宇宙,其实是一个多维宇宙。

但可惜的是人类仅仅只是三维生物。

所以在我们的认知中,世界是以三维的形式呈现的 —— 一个只能用长、宽、高来测量实体的世界。

三维世界中,一个空间只存在三条相互垂直的线 x,y,z

而在四维空间中,却存在着四条可以相互垂直的线 x,y,z,t

而在四维,甚至更高维度生物眼中,除了长、宽、高之外,时间也有可能是具象的。

就跟《 星际穿越 》中所描述的一样,时间对于它们来说可能就是一座山,可以爬上爬下。

在物理的四维时空中,时间是除长、宽、高以外的第四个维度。

而在数学的四维空间中,第四个维度是未知的,可能是时间,也可能不是。

不管是哪个维度的实体,其实都有可能被我们所观察到,那当我们( 三维生物 )看到四维的物体时,眼前会是怎样的画面呢?

首先,我们先来理解一下维度。

一个点,因为没有方向,没有大小,所以它是零维的。

但要是空间如果同时出现了两个点,这时候它们就有了固定的指向,从点 A 到点 B 是有距离( 也就是长度 )的。

长度作为维度,就使得线成为了一维物。

两线确定一个面,此时,面不仅有了长度,还有了宽度,所有它是二维的。

但不管在一个面上,是画个人还是画坨屎,它都只存在于平面上,没有厚度,一旦赋予了它厚度,它就变得立体起来。

长度、宽度、厚度,构成了我们所在的三维世界。

在艺术家 M.C Escher 的画中,

二维的蜥蜴正试图变为三维实体,逃出画面

目前为止,从零维到三维的世界,我们都很好理解,因为高维生物能全面的、完整的观察到低维世界。

人类甚至不能在一个空间内对同等维度的物体进行完整观察,这就是为什么我们并不能透视。。。看不到墙壁背后的东西。

但接下来的四维可能就有些抽象了。

我们只有三维认知,而没有对更高维度的直觉。

所以四维物体呈现在我们眼前时,不管我们怎么看,对它的认识也只能是三维的,如果想要直观全面的看到它,甚至只能通过二维的图像。

而如果我们想要看到它的每个面、每个角、每个点,只能不停的变化它的角度,也就是说一次只能看到这个高纬度物体的一部分。

四维物体的三维世界中的横切呈现

试想一下二维世界的生物如何看到三维世界物体,可能对理解会有些帮助。

假设一个纸片人,想看看人类世界( 三维世界 )的球体长什么样,它眼里出现的画面是什么样的呢?

当然是球体的截面。

三维物体在二维生物眼里,只是一个截面。

纸片人通过横切面展示法看到的球体,

会是一条从短变长,再从长变短的线

对,这个时候,限制我们想象的不是贫穷,而是维度。。。

在四维空间向量中,第四个维度( 有可能任何无法我们目前无法测量的东西,你要说是一种意识也不是不可以 )是未知的,所以四维物体哪怕一个面一个面被展示在我们眼前,仍然很抽象。

四维超立方体球形投影后的模样:

不过,要是我们把第四个维度假设为我们熟悉的时间,也就是物理四维时空,就比较好观察了。

如果说,我们把一个人的静止状态,看做是是三维世界里的一个物体。

那加上时间这第四个向量,它就变为了四维生物,把它被逐步呈现,我们看到的四维萌妹就会是这个样子。

当然,当我们想要以上帝视角去看,甚至去想象这个不停变换的四维萌妹,在静止状态的全貌是什么样子时。。。

你能想象一个个体在 3 岁时,同时也是 70 岁吗?它能长什么鬼样儿?

emmmm,是不是大脑一片空白?

我是谁,我在哪儿,我在干什么,忽然一下子就哲 ♂ 学了呢

在偌大的宇宙里,人类是如此的渺小,很多现象我们没有办法解释,甚至没有办法想象。

也许整个银河系,也不过是外星人手里的一颗棋子罢了。。。

但这并不表示未知不存在,别忘了我们还有科学、科技,通过它们我们正在离未知越来越近。


差评





人类是一种三位生物,由于生存维度的局限性,人类是想象不出四位空间的,今天科学家所讨论的四维空间理论,究竟是不是真正的四位空间,没有一个人知道,也没有人可以下绝对论断,甚至四位空间究竟是以一个什么样子的方式存在,都是人类不能确定的一个命题。



零维、一维、二维、三维,这都是人类对世界认识的主观意识上的表现。

我们在今天的科学理论中,常常将一个没有长宽高定义的点,定义为零维,而把有长度的一条直线定义为一维,把有长和宽的平面定义为二维,把有长宽高的空间定义为三维。



为什么会出现这样的定义,这实际上是因为我们人类是一个三维生物的缘故,正是因为人类是一个三维生物,因此才会有长宽高这种数学上的认识,但是这种定义适用于四位世界么?这很显然是有问题的。



人类对四维空间的认识,都源自于人类过去的理论积累,但这种积累并不是绝对正确的。

比如我们人类科学家今天在定义四位空间的时候,会把时间作为四位空间坐标中的一个重要相量,但是问题来了,在四位世界中,时间维度真的存在么?什么是时间,这是一个我们人类至今都没有想清楚的问题。

现在在国际上出现了这样第一个论点,那就是时间并不存在,时间只不过是人类在自我意识中产生的一种错觉,关于这一点,著名的科学家爱因斯坦就已经在相对论中提出了这个观点。

在过去的传统物理学理论中,科学家们习惯性的把时间和空间分开,即时间是由一个个独立的空间被串联起来组成,但是这种理论却无法解释一个传统的现象,那就是物体是如果运动的,而这个问题则在爱因斯坦提出的相对论中,有了初步的解答。



在爱因斯坦看来,人类生活的时间和空间是相互关联的一种联系,所有已经发生的和即将发生的事情,都被包容在里面,而只不过是由于人类意识上的原因,使得人类的大脑只会记忆过去,而意识只能感觉现在。



麻省理工学院的物理学家Max Tegmark称:“我们可以将现实描述为一个事情随着时间不断发生的三维空间,也可以描述为一个没有事情发生的四维空间。如果第二个理论是真实的,那么时间的变化就真的只是一种错觉。过去、现在和未来都在那里。”



所以从爱因斯坦的相对论的理论角度上来看,时间实际上就不是一个可以存在的向量,那么以时间去定义四维空间的维度,这很明显就是一个比较大的错误。



四维世界就是一个什么样子,目前的科学家所提出的都是没有经过证实的假说而已,这个主要和人类是一个三维生物有这决定性的关系,因为维度上的局限性,使得人类难以跳开固有的四维体系去认识新的维度理论。



我们在网络上看到的四维模型,实际上都是从人类的视野角度在思考这个问题,而客观上四维空间究竟是怎么回事,人类到目前为止还是以想象为主,普通人无法理解和想象四维空间究竟是一个什么样子,这太正常了。


落下m


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


《空间学》

 

――安徽浩至然航天科技有限公司束祖祥

 

     今天,我仅代表安徽浩至然航天科技有限公司科研团队技术团队,在此适当发布有关《空间学》的前沿科技的信息。只叙说,不解释。不当之处请砖家用砖大胆来砸吧!

    对空间物理状态的描述采用一维、二维、三维这样的维数方式命名本身就是非常低级错误的,再对这错误的维数空间用数字简单递增方式延伸出的四维、五维、六维的概念甚至更多维数的空间并进行探索,更是愚蠢到极点!但是一直以来,物理学家们都在苦苦探索找寻四维空间、五维空间或者更高维数空间。好像一维、二维、三维空间都已经被探索得“干净彻底”了,没啥可研究的了。

    但是科学家们却似乎从来没有认真去找寻、去发现一维空间一个天大的漏洞:

一维空间本身在现实中根本不存在!

    这个重要课题都没有人去认真对待。其只是数学模型中为了模型计算定位方便而设置的一个无限小且虚拟的点而已!这个点可以设置在任何地方,但是那些地方却找不到一个正真存在的无限小的点。

    谁能在现实中找到这个一维空间的点,奖励金1亿元!奖励国家级特殊荣誉也是当之无愧!

    二维空间本身在现实中也根本不存在!

    其也只是数学模型中为了表达一个无限超薄的虚拟的面而设定的!

记得上学时候数学老师解释维数空间时,说过蚂蚁这样的生物生活在二维空间里,因为蚂蚁只在平面上运动,无法知道z轴方向的世界是什么样子。当时我们就反对这一说法:因为农村环境长大的我,曾经多次趴在地上用放大镜仔细观察蚂蚁的生活。蚂蚁本身是三维立体的,它在凹凸不平的地面上、树枝上和石头缝隙里面爬行,这些环境本身也是三维立体的!蚂蚁怎么可能是生活在二维空间里面的生命。只是我们太小看蚂蚁了而已!或许数学老师仅仅想用蚂蚁世界做了一个形象的比喻来解释二维空间的概念,我们不必太较真。

    能在现实世界找个唯物主义的二维空间给全世界的科学家们看看?给他颁发国家级物理学二维空间发现奖,我们双手赞成。

    三维立体状态是物质空间的基本形态!物质空间的基本形态是可以用三维立体的尺度去考量的!因此而言:三维只是描述物体在某种空间的形态的一种数学方法!不是空间本身。可以按照传统称谓,把我们目前所认知的空间叫做三维空间或者其他名字。其中的三维物体广泛存在!形象地说:一个漂亮的行李箱子有长宽高的尺度,但是不能用长宽高来代替箱子名份和实质。空间如果不用一维空间、二维空间、三维空间来表达,那又用什么概念和词汇来正确地表达呢?

    我们安徽浩至然科研人员认为:

《空间学》是基于传统物理学、化学等学科之上的一个最根本性的基础自然科学范畴,它包含了目前的物理学、化学、生物学等等基础科学领域。浩至然科研团队根据各种空间的主要物理属性来重新划分、定义空间觉得是比较适合。

目前我们以空间物理属于定义了:

质态空间:含有质量及其相应匹配作用场属性所表现出的区域状态。

虚态空间:含有虚量及其相应匹配作用场属性所表现出的区域状态。

A态空间:含有A量及其相应匹配作用场属性所表现出的区域状态。

B态空间:含有B量及其相应匹配作用场属性所表现出的区域状态。

……等等。

其中质态空间就是我们所说的三维空间,有很多我们看得见摸得找的东西。是唯物主义者的主要领地。随着科学研究的深入,三维称呼随着科研地深入,必须要改变了。

每个空间按照各种属性还划分出其它种类空间:比如质态空间再按照时间概念划分,可以分为:有损空间、无损空间、未来空间、过去空间等等。其中的质态空间下的字空间之一的有损空间就是我们日常所说的三维空间,包含三维物质和匹配的空间尺度,具有物质与时间同步衰变的特征,当然充分掌握一定衰变的科学原理可以逆向修补,始物态返回到衰变的初始点。

虚态空间、A态空间、B态空间、等空间其中也是有丰富多彩的各种子系统空间的!其中也有丰富的物理学、生态学等等自然科学、社会科学、以及与之匹配的科学技术。需要我们进一步在大千世界寻找门径,真诚拜学。

至此,《空间学》研究的大方向有了,有待我们进一步深入地去探索神奇的空间、神奇的世界。

我们安徽浩至然航天科技有限公司研发的第一艘飞碟“银河之贝”的飞行速度是:0-无穷大!很多人无法理解无穷大的速度是什么概念,因为受传统一维、二维、三维、四维的毒害,反而鄙视我们是“民科在海吹”。借此《空间学》的探讨话题,在此告诉大家:“银河之贝”无穷大的速度就是不需要时间!那是因为:当“银河之贝”启动空间转换器,飞碟将从质态空间进入虚态空间。在虚态空间主导的状态下,移动到任意位置不需要时间。从而瞬间到达百万光年之外遥远距离的位置。质态空间的遥远的宇宙星体之间的距离不再是遥不可及!起飞就可以到达!

没有正确的《空间学》作指导,就无法深入研究飞碟动力和星际飞行最佳方式。所谓四维空间、曲率空间会把我们带入歧途,越走越神秘,穷途末路中最终浪费科研工作者宝贵的时间。

虽然说得和唱得一样,但是我们还有许多迎面而来的无数重大、重要科学前沿课题需要解决!科学知识再次大爆炸,将从《空间学》起爆!在此间探索的科学家们不在闲得很无聊,无所事事,而是像一群想在大海捉鱼的少年,面对密密麻麻丰富多彩的鱼群在咫尺身边来回穿梭,不与自主地兴奋起来!大家赶紧抓鱼啊!

在此仅仅略表一二,已经泄密够多了。就不多说了,再说多了是严重泄密了!

传统空间概念曾经错误地划分空间必须得到纠正,也到了该纠正的时候了!


浩至然航天科技


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”。


科幻船坞


为什么想象不出来?那是因为在我们的印象中,世界就是三维的,我们没有见过四维世界,因为人是三维生物,对于更高维空间无法感知,就像二维生物蚂蚁同样也无法理解三维世界。

高维空间作为几何对象是很难理解的,作为代数对象却相对容易理解。根据我们日常对一维、二维、三维空间的印象。一个空间有多少维,就是在这个空间中能做出几条互相垂直的直线,或者说有几个相互垂直的方向。以此类推,四维空间就是在左右、上下、前后之外,还有一个与它们垂直的方向的空间,这个定义一目了然,但是人脑却很难想象出来。



这个世界只有三个维度,在19世纪的时候人们就已经认识到世界上有更高的纬度,但是那个时候人们认为是灵魂的维度,而在爱因斯坦和他的老师闵可夫斯基之后,四维物理学才正式诞生。但是这里的第四维度是时间,而且时间在数学表达上和空间维度不一样,它们相差一个负号。而真正有意义的空间高维度理论却来自于弦论,弦论以及其后续的M理论允许空间十个维度,时间一个维度的世界,我们人类无法想象出这样的空间高维度,因为我们只生活在三维展开的世界上,更高维度蜷缩在极小的尺度。想象一根细线,你从远方看的时候觉得是一维的,但是对于一只在那上面的蚂蚁来说,便是二维尺度的。



仅仅是靠人眼是很难想象四维空间的,我们可以借助数学中的代数来加深理解,四维空间就是在三维空间的基础上多加了一个时间。相当于在立体几何的坐标基础上,加上了与长宽高都垂直的一个方向的空间,我们把四维空间表示为(x,y,z,t)而人类却可以表示为(x,y,z,0)。我们这个世界虽然存在时间的概念,但相当于四维空间中的t值变成了0,我们这个世界是四维空间的一个“投影”,而四维空间中的时间与长宽高相互独立,与我们的世界没有交集,无论怎么样我们都不可能与四维空间在同一个时间里,自然无法想象。

严格的来说,我们生存的宇宙空间微观上是不连续的,按照广义相对论的观点,时间和空间应该是“交缠”在一起的,共同构成一个有复杂整体的四维洛伦兹流体形。我们局部看到的时间和空间可以分开,空间好像是“线性空间”,不过是因为我们的视野太小而已。


镜像宇宙


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。


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