如何理解“四维空间”?

用户62713578450


如何把时间算上一个维度的话,那么我们生活的空间就属于四维空间,即三个空间维度加上一个时间维度构成。电影《星际穿越》中通过在黑洞中把时间维度可视化,依次来展现我们的四维时空:即可以通过时间维度看到过去的事情,但不能够看到未来的事情。通过引力可以改变时间维度,影响过去。

但正是因为时间维度和空间维度区别很大,且时间维度即便可视化也只有过去没有未来,所以很多人认为时间不能够算是一个维度,甚至有人指出时间只是记忆产生的错觉,是我们大脑对我们的欺骗而已。量子力学的双缝干涉延迟实验甚至直接指出一个事件只要没有被记录,就可以通过现在去改变过去。也就是说,时间只是记录的效应而已。为此,玻尔直接感叹只有被记录的量子事件才是事件。如果排除时间维度,只算空间维度,四维时空又是如何呢?

一维是线,二维是面,三维是体,那么依次类推四维就是超体。四维在三维的基础上多了一个垂直于各个维度的维度。听起来有点绕口,但确实如此。因为我们是三维生物,所以肯本无法直接在现实中构造出来四维空间。我们目前所已知的三维物体,其实在高维来看,都不过是四维的投影而已。比如一个正方体,它是一个超正方体的投影而已。

虽然我们不能够想象或者画出四维物体,但其实我们可以通过简单的模型来表述四维物体的样子。比如克莱因瓶就包含了四维的概念,克莱因瓶的瓶口和底部出口在同一个位置,但入口却是通过第四维直接进入瓶内部和底部出口链接的。可以这么说,在四维空间下,我们所有的三维物体都没有内外之分,都不是密闭的,而是敞开口的。

总之,四维空间很难理解,只有少数人可以理解的了。


科学探秘频道


如何理解“四维空间”?

所谓的“四维空间”即使到现在为止仍然还停留在数学模型中,我们无法从任何蛛丝马迹中搜寻到“四维空间”的存在,但古往今来,无论是科学家还是哲学家,甚至是神秘论学者都无比坚定的相信它的存在!

假如四维空间是我们理解的数学模型的话,在我们三维空间中是无法表达出四维空间样子的,即使再形象的四维表现形式也只是它在三维空间中的投影而已!那么用通俗一点的语言描述一下数学模型中的四维空间?

从零维到四维的三维表现方式,从四维之前我们都能理解,因为我们能看到,也能摸得着,更能将它画在纸上辅助我们理解!但四维,即使画出来也是一堆纵横交错的线条,简单的理解就是在我们三维空间的周围还有上帝角度的空间,即四维空间的其他向量是全方位无死角包围三维空间的,三维对于四维空间没有秘密,因为没有什么物质可以遮挡高维空间对低维的观察!

从这幅图我们可以简单的理解下这个包裹是如何的彻底!就像我们观测到的宇宙的宇宙,无论科学家如何建立模型观测,宇宙似乎都是平坦的,表示宇宙是一个无穷大的平坦空间,那么它在四维空间中还会是平坦空间吗?

这很容易理解,因为我们本身就在三维空间内,无法将自身空透彻观察!但如果跳出本身所在的三维到达更高维的四维,那么这个问题是否就能迎刃而解呢?

也许我们依然不得而知,但也许能得到一个会当凌绝顶、一览众山小的感觉!更大的可能是四维依然依托更高维空间之中......

有解吗?无论如何看起来似乎都只解决了这个宇宙的问题,那么有别的宇宙吗?又有几个宇宙?我们的找寻会有止境


星辰大海路上的种花家


我们都知道,人类生活在四维时空中,也就是三维空间+时间,时间是一个维度,只能不断向前。而通常我们所说的四维空间指的是在三维空间的基础上多一个空间维度,也就是所谓的四维空间。

那么这样的四维空间到底存不存在?我们又该如何理解四维空间呢?

首先,或许是因为我们本身就是三维物种,意味着即使四维空间真的存在,我们也很难想象到它到底是什么样的存在方式。所以目前关于四维空间的描述基本上都只是停留在想象和猜测中,而且理论上也只是以数学上的概念为主。

简单说,四维空间就是在一个点上有四条互相垂直的直线组成的空间(N维空间就是有N条互相垂直的直线组成的空间),而在一个点上有三条互相垂直的直线(也就是长宽高)这我们都知道,但再多出一条互相垂直的直线在哪里呢?

我们不得而知,只能想象或者假设有那么一天直线。

还有一种理解四维空间的方式,简单说四维空间就是三维空间的移动(同理,N维空间就是N-1空间的移动),比如二维空间(也就是一个面)的移动就形成了三维空间。

还可以这样理解,四维空间的投影就是三维空间,就想三维空间的投影就是一个面(二维空间)一样。

但所有这样对四维空间的理解方式都是建立在想象的基础上,我们不能肯定四维空间是否真的存在,有些科幻电影的情节描述通过黑洞可以穿越到高维度空间,但那也只是科幻而已,并不是科学!

那么,您认为四维空间存在吗?会以何种方式存在呢?


宇宙探索


爱因斯坦把三维空间和一维时间统一起来变成四维时空,但这跟四维空间有绝对的区别,希望大家不要误解。

人类就是三维空间的生物,已经非常熟知了三维物体的属性长、宽、高,笛卡尔坐标系大家都很清楚,两两垂直的轴就那么三条X、Y、Z,如果此时让我们再加上一个空间维度人类根本想象不出来。

但是我们可以根据一维到二维、二维到三维这样的类比,得出从三维到四维的过程。三维空间可以看成是正方体,那么四维空间就是超正方体。

一维空间:是一条线、有两个端点⬇️

二维空间:是正方形、有四个端点⬇️

三维空间:是正方体、八个端点⬇️

以此类推那么四维空间就是十六个顶点,两两连线得到超正方体如下:

超正方体在三维空间的投影就是正方体,当然这种类比得到的四维空间只是几何上的相似,真正的四维空间要想完美表达只能通过数学模型。现在关于多维空间的理论只有弦理论、超弦理论,还有最新的M理论甚至提出了11维空间的模型当然也仅是在数学中体现。

现在科学上并无法确定四维空间真实存在,它目前只存在数学或者人类的想象中。



科学黑洞


感谢头条问题推送。

说到四维,我们先了解下三维空间。大家了解到的三维空间,就是长宽高,这些也组成了我们现在的世界。我们也可以认知到二维空间就是一个平面,一维空间就是一条无线长的线,但是我们无法理解四维空间。因为我们既不能看到,也不能认知。在广义相对论中,曾经提出过时间的宏观维度,是在不断改变的过程中。也就是说明现在的这个宇宙中可能存在很多个维度的宇宙。接下来我谈一下我个人理解的几个观点。

第一点 蚂蚁维度论。我们知道一维即由线构成,如果此时有一种一维生物,“蚂蚁”,那么这种生物只能进行前进后退运动,它的所有运动都被束缚在线上,运动具有狭义方向性。二维,即一面,物体可以在面上运动,运动因此具有随机性,但是始终无法脱离自身束缚向空间发展,那么问题来了,一维和二维生物有联系的可能么?还是有可能的,面由线构成,二维的生物可以看到一维生物在运动,但是一维生物却很难观察到二维的变化,有疑问的伙伴可以画图。三维即空间维度,四维就是时空维度,多了条时间维度。那么为什么说四维空间就是时空维度。

第二点 时空维度 比如一对双胞胎,一个站在地球最高点,一个站在地球最低点,用最精密的依原子钟,其实可以观察到两个人所处的时间是有微妙不同的,两个人以相同时间站立,上面的时间要过的慢些,但是以第三者的方向看过去,实际上两个人经历相同的时间,因此对于第三者旁观者来说,就存在两个时间的三维空间,而这个旁观者因为可以观测同一空间的不同时间维度,因此就属于高维空间,之前提到的三维的人可以注意到四维空间的事物么,答案不能,因为用那两个人举例子,虽然两个人时间有差别,但是对于双方而言,其实时间流逝的速度都是一样的,因为表的指针速度是一样的,因此两个人都认为是同一时间,看不出变化,但是四维空间的生命就能看出来两者不同。

所以我们无法认知到第四维度的生物,那么既然如此,我们三维世界的生物可以出现在四维空间里吗?应该是不可能的,即使出现了也会瞬间死亡。大家都知道我们现在的宇宙中引力,电磁力,强相互作用和弱相互作用,构造了我们适应这个宇宙的生物形态。他们的存在也和宇宙的维度有关。

如果维度改变了,他们也会随之改变,成另一种形态。但是生物却没有办法随着这些物理变量改变。我们的基因和蛋白分子式在进化中已经固定了,如果这些物理变量,突然改变生物体内的蛋白质结构,也会改变导致DNA的破坏。不过目前我们也到达不了四维空间,更无法认知四维,所以这些担心暂时还不需要。还有一种弦理论的说法,认为逃逸到四维空间中的只有引力,另外三种力被封锁在我们这个空间中。那么就算是这样,如果三维生物去往四维空间受到强力的引力作用,也是不可能存活下来的。所以也是就是为什么三维生物不可能出现在四维世界的理由。


王大仙饿了


四维空间是标准的欧几里得空间,是数学上的,而我们常常在科幻作品中看到的四维时空(3维空间+时间)是闵可夫斯基空间。

数学上的四维空间不包含时间,第四维度拥有的性质与长、宽、高性质一样,也就是说,与X、Y、Z三轴都垂直,是不是在脑海中想不到这样的存在?想不到就对了,因为我们是三维生物。

这也正是市面上的克莱因瓶不是真正的克莱因瓶的原因,因为真正的克莱因瓶不需要在瓶身开个口子进入内部,而是从第四个维度进,开个口子只是为了形象的表述,真正的克莱因瓶存在于四维空间中。

如何理解四维空间,你只要知道比我们三维空间多了一个运动的维度,如果我们三维生物进入到四维空间中去,那么血液会沿着第四个维度流出来,从而丧命。

但是如此种种,皆是想象,没有任何证据证明在现实宇宙中存在更高的维度,这些设想在科幻小说中广泛采用。

个人浅见,欢迎评论!


科幻船坞


零维是一个点,把点延伸,得到一维,有两个点,一条边,把边横着推过去,得到二维的正方形,有四个点,二维延伸到三维,有八个点,按照这个规律,如果四维存在的话,数学家推荐应该有十六个点。

在现实世界中,四维确实没有得到证明。但也可能这只是因为我们的探索能力太低。在麦哲伦完成环球航行以前,很多人认为地球是一个二维的平面,但麦哲伦从另一边回来了,证明地球是三维的球体。如果有一天,人类可以发射某个物体穿越诸多星系,达到宇宙的边界,并从另一边回到地球,那么就可以证明宇宙是四维实体。当然,也存在其他可能,一,这个物体一直没有回来,那么宇宙可能就是无限延伸,没有边界的,二,如果这个物体被反弹回来,说明宇宙是一个像房子一样有明确边界的三维空间。总之,四维空间至今仍然只存在于理论中,是否真实存在,没有人知道。


gatewaynv


长度,宽度,高度构成三维空间,加上时间构成四维空间。在四维空间里可以穿越三维空间,空间发生变形。


吉古力高尔夫


我们经常会对四维的概念模糊不清是为什么呢?因为“四维”有两种概念。


一种是指四维空间,数学、空间概念。我们所在的空间是三维的,物体也是三维的,即有三个维度。而四维空间比三维空间的高宽高多出一个维度,我们的感官无法感受到那个维度,只能去推理想象去理解。在我们的世界里(三维世界)只能看到四维物体的投影,就像一个球体穿过一个平面反映在平面上的只是一个截圆或点(三维物体穿过二维空间)。




另一种四维时空,是物理概念。它既包含了三维的空间,又包含了另一个维度时间。这个时空概念在宇宙物理学中广泛应用,在宇宙中时间和空间都不是绝对的,都是可以扭曲变化的。大质量天体周围的时空是扭曲的,科幻小说里曲率飞船的原理就是通过扭曲时空来到达目的地,移动的是空间,而飞船并没有动。

所以一般说四维物体,五维物体都是指在四维或五维空间的物体,不牵扯到时间。一般研究宇宙星辰,超时空飞行,时间穿越什么的说的就是四维时空的概念。附加一句题外话,有科学家说宇宙是十一维的但无从考证。



ooO孙悟空Ooo


首先四维空间是三维空间基础上,高度文明智慧物种~外星人使用质量纬度交换器制造叠加一个三维空间用来抵消三维空间原来的能量。根据质量纬度交换器提供能量大小而制造四维空间大小用来个人携带或者公用大型储存物品~空间袋,缺陷不能储存活物,缺少时间轴。


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