04.22 人類無法畫出四維空間?

數學上的“四維空間”跟愛因斯坦所提出的“四維時空”是不同的,很多人對兩者有所混淆。

我們無法直接在三維空間裡去直接描繪四維物體,但是可以觀察四維空間的物體在三維空間的投影。

通常我們理解畫的含義是指在二維平面上做出的圖形,如果按這個定義理解甭說是四維,就是三維在平面上也是畫不出來的,所能畫出的也是形象的偽三維圖形。

是否有辦法用二維平面來表達三維呢?答案是有,只不過是近似有限三維,知道3D打印機原理嗎?就是用若干個二維平面圖“”堆疊“”出三維結構的。

人類無法畫出四維空間?

之所以說是近似三維是因為每個二維平面均有厚度,這個厚度理論上可以無限趨近於零,假如定義每張二維平面座標軸為X軸和Y軸,那麼堆疊起來的高度方向就是第三維的Z軸,當然堆疊平面是有先後順序的並不是胡亂堆疊,也就是說只有確定Z軸的值才能確定一個二維平面圖,反過來說三維空間可以通過降維成二維平面方式來表達,當確定Z軸值後就可確定二維平面圖。

同理,當確定X軸值後也能確定一個平面圖,確定Y軸值也是一樣。

結論:只要確定三維中任意一軸的值就可以確定二維平面圖,這就是降維表達原理。那麼按著這個思路下去,四維空間同樣可以通過降維方式表達。假設第四維為M軸,按照上面原理只要確定任意一軸的值就可以把四維降成三維,所以我們看到的三維空間只是M軸值為零下的空間。

人類無法畫出四維空間?

同樣我們也可以讓Z軸為定值來展示出別樣的三維空間,比如Z軸為定值,那麼三維空間是由(x,y,m)點組成的,還可以換個角度比如Y軸定值由(x,z,m)點組成的,以此類推,這樣就能看到第四維M變量變化時降維的三維空間圖,從而把看不見的第四維變成看得見。

每個定值便是一個三維空間,把若干個三維空間圖同時擺列出來就可看到四維(x,y,z,m)近似空間圖。當然在三維基礎上還可再降一維變成二維,比如(x,m)點組成的平面,但更加抽象需要幾何增長數量(四個變量二組合)的二維平面信息來表達四維空間信息。

人類無法畫出四維空間?

科學界普遍認為四維空間是三維空間與時間組成,或者說是一個連續運行的三維空間,這似乎說得很明白了,可是真正能夠理解的人還是沒有。雖然格局阻擋了我們的眼光,但是阻擋不了我們對遠方的渴望,人類探索四維空間的努力,不會因為困惑而退縮,只會變得越來越頑強!

對於四維空間概貌,個人的看法可能有點與眾不同~它應該是由物質與能量及“轉換力(無法描述暫名之)”組成的。在四維空間裡,物質與能量可以不斷轉幻,且處於瞬息萬變狀態中,並沒有一個穩定的形態,所以,四維空間是無法用筆描繪出來的。


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