03.05 如何清楚解释四维空间?

福兮福所倚而无祸


如何理解四维空间呢?

①想象一下:如果蚂蚁是平面的,能不能说三维空间(整个宇宙)是四维空间的投影?

②三维空间+时间=四维空间?这个说法,量纲就不对吧?

③再来看一下类比:三条线段(一维)围成一个密闭空间(二维),四个三角形(二维)围成一个密闭空间(三维),那么,五个四面体(三维)不是可以维持一个思维密闭空间(四维凸体)吗?

④在R³的四面体中,四面体的对棱之积构成一个三角形,它的“面积”=6RV(R、V分别是四面体的外接球半径、体积)。



林根数学


要正确的认识思维空间,先要了解思维空间“维”是一种度量,在三维空间坐标上,加上时间时空的回响联系,就构成了四维空间。

维度定义

零维:无长宽高,单纯的一个点,如奇点。

一维:只有长度

二维:平面世界只有长宽

三维:长高宽,立体世界。就是我们所生活的世界。

四维:一个时空的概念。

日常所提及的“四维空间”大多是爱因斯坦在他《广义相对论》和《狭义相对论》中所提及的四维空间概念。我们所熟知生活的宇宙是由时间和空间构成的,比“三维空间”多了一条时间轴。概括为爱伊斯坦的话就是:我们生活所面对的三维空间加上时间构成多为四维空间。人类现在只能理解到三维,后面的维度是通过数学理论构建的。

四维空间是构成宇宙的最低维度。

看到过一个帖子说一把尺子在三维空间转动,长度不改变,但它旋转时,它的个坐标值均发生了改变,且坐标之间是有联系的。那么是不是说四维空间是与空间联系的,是时空的统一,不可分离的整体?

在四维空间里,定义了四维速度和四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等。其中电磁场方程组更加完美的用电场和磁场统一一个电磁场张量来描述四维空间、

证明四维空间的真实案列?

1955年,一家在越百度大三角海区时失踪的飞机与1990年完整无损的飞回到原定的目的地,虽然只是晚了45年。而早被认定死亡的两个飞行员也安然无恙。机场对事感到惊奇,飞行员却感到不解,他们以为还是1955年,因为他们刚刚穿过墨西哥湾,从诺服克来到墨西哥担任皮科。其中一名飞行员叫帕伯劳,出生证明上他现在已经77岁了,而本人却看起来只有40岁左右。


Captain珍珠


问得好,首先四维空间肯定存在,也绝不是时间,至于怎么理解呢?身处三维物质世界的我们的确不太理解,还是粗略大致说说吧,三维空间大家都知道,长宽高三个互相垂直的空间维度构成三维立体,第四维就是与三维皆垂直的空间维度,即三维立体又增加有了内外(实虚),三维空间想当于四维空间的表皮,可以在脑海中想象一下,或者拿个超立方体例子,可以用数学表达的,超正方体有8个立方体,24个面,32条线段,16个点,再比如复杂些的,莫比乌斯带是处于三维空间中的二维扭曲空间结构,克莱茵瓶是处于四维空间的三维扭曲空间结构,它们的特点是从空间任意位置出发可以遍历全部空间,从三维到四维空间跨越维度是靠扭曲结构入口连接的(比如虫洞时空缝隙),处于四维空间可以很容易同时看到三维空间的整体包括内外,一览无余,三维空间对于四维空间毫无秘密(低维对于高维皆如此),三维空间有其相应时间(实),四维空间也有其相应时间(实虚),运作方式及快慢皆不同,具体就是三维世界的时间一直前行,四维空间的时间可前进可后退可静止,且四维空间的时间流速比三维要慢的多,好了,手机没电了就写到此


红尘匆匆过客梦


如果空间中两点之间的距离公式符合勾股定理,则空间就是平直的,空间中成立的几何就是欧氏几何,否则,空间就是弯曲的,空间中成立的几何就是非欧几何。所以,我们所在的空间究竟是平直的还是弯曲的,只有经过实测才能确实。通过对一个实际存在的直角三角形进行测量,才能知道它究竟符不符合勾股定理。

显然,在对这个直角三角形所进行的测量中,沿x轴、y轴的测量,以及沿斜边的测量,都是长度测量,测量的方法、测量用的标准直尺,都是相同的。如果我们在这个三维空间上,再增加一个维度,变成四维,但第四维的含义是房价,或者是温度,某个给定的三维空间区域上的第四维的高度,代表某一地段、某一楼层的房价,或者代表某一个微小的三维空间区域中的温度,则这个四维坐标系,数学上可以存在,可以画出来,但我们却不能称它为“四维空间”。即使我们能人为的定义出一个这种“四维空间”中两点之间的距离公式,但这个“四维空间中的两点之间的距离”却无法实际测量,因为第四维的测量方法与前三维完全不同,物理含义完全不同。由于斜边的长度无法测量,我们也就不能进一步说,如果这个“四维空间中的距离”符合勾股定理,这个“四维空间”就是平直的,空间中成立的几何是欧氏几何,否则,这个“四维空间”就是弯曲的,空间中成立的几何是非欧几何。

同样,把时间与三维空间合并成一个所谓的“四维时空”,这个“四维时空”中的两点之间的距离也无法实际测量,我们也无法说,这个“四维时空”是平直的还是弯曲的。无法测量四维时空中两点之间的距离,无法判定四维时空究竟有没有弯曲的原因,就是增加的第四维是时间,与前三维的空间,物理含义完全不同,测量方法完全不同。

按照广义相对论,当ds^2=dx^2+dy^2+dz^2-c^2dt^2时,四维时空就是平直的,否则,如果ds^2=gijdxidxj,四维时空就是弯曲的。请问,ds怎么测量?测量了什么才算是测量出了ds?

有人说,测量物体运动过程中的固有时,就等价于测量ds。在随物体一同运动的参照系中,上述的两个表达式分别简化为ds^2=-c^2dt^2和ds^2=g00c^2dt^2,如果第一个表达式成立,则时空就是平直的,否则,第二个表达式成立,时空就是弯曲的。测量出了固有时dt,不知道ds,能判定出时空是平直还是弯曲的吗?而且,一般情况下,g00还是时空坐标的函数,请问,dt能等价于是ds吗?


董加耕


恕我直言,四维空间根本不存在,甚至二维空间也不存在,一个微生物在地上爬,此时对他而言这个世界是二维的,但只要他一爬上墙那么他所在的世界除了长度与宽度外就有了高度,那么他生活的地方还是三维空间,而没有一样生物是真正生活在二维空间的,四维空间在哪,有人见过吗,四维空间也不过在当年爱因斯坦提出的狭义相对论中提到过,那么他是否真的看过四维空间呢,中国有句话叫:耳听为虚,眼见为实,如果就凭他的想像就能证明四维空间的存在,那根据和尚与道士对地狱和天堂的想像,是不是就能证明地狱和天堂是存在的呢,更何况狭义相对论中提到的时间是根本不存在的,现在以地球自转一周为一天,一天正好二十四个小时,所以昨天,今天,明天就成了时间,人的一生就是一百二十年,那如果太阳转慢点呢,如果地球一年才自转一周呢,那么一年才是一天,人的一生就只有一百二十天,地球绕太阳一圈是一年,那如果地球公转快点的同时自转慢点呢呢,如果地球绕太阳一圈后自转才转了一个小时,那就是说在地球上一小时就过了一年,那人的寿命就将远不止一百二十年,那如果让地球停止自转并加快公转,使原来的一秒变成一年,那人类是不是获得永生了呢


黑白玄剪


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!


科学船坞


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


维度,按照三维空间的经验,应该是实实在在看得见摸得着的东西。人类,一切动物,植物都生活在三维空间。

所谓四维空间,就是在三维空间基础上加了一个时间维。那么这个时间维并不像三维空间里的时间一样是虚无的看不见摸不着的东西。四维空间里的时间维应该是看得见摸得着的。它或者像一座高山,可以上上下下。或者像一条河流,可以漂流其中。

在四维空间,如果存在生命,他们和地球生物应该是不一样的,他们能力超强,可以回到过去,也能看清未来。他们的寿命应该很长,因为他们可以对生命的时间长度进行改变。

四维空间的人看三维空间里的人,就好像我们人类看蚂蚁一样。他们有透视功能,可以看清楚三维空间人类从生到死的分分秒秒。他们可以预知人的命运,预知地球上每个民族的命运,预知世界上每个国家的命运,甚至地球的历史和未来命运等等。

四维空间的时间轴既然是一种实体,那么四维空间里的生命体和一切植物,生老病死的分分秒秒都应该像砖块一样储存在一种特殊空间。四维空间的生命体可以对过去发生过的一切,随时随地查验,查阅甚至修改。

四维空间里的生命体可以观察三维空间里的一切,也可以通过时光隧道来到三维空间。但是,三维空间却不能感知四维空间的存在,更不能进入四维空间。

也许人类的灵魂,可以感知到时光隧道,并且可以进入四维空间甚至五维空间。当然,这只能说是一种假说,不得而知。





昆仑剑侠


我想谈谈我的个人观点。

无数个点可以组成一条直线,这是一维。无数直线可以组成一个平面,这是二维。无数平面叠加,就是三维空间。如果没有物质的存在,三维空间应该是简单而纯粹的。

但是,物质,尤其是大质量天体,会让空间变得扭曲。就像这张图片。确切的说,这张图片反应的是空间切片,也就是组成空间的某一个平面的扭曲状况。由于这种扭曲,让二维平面具备了三维结构。于是,原本的三维空间增加了一个维度,变成了四维。

光线在扭曲的空间里传播路径非常诡异。所以在四维空间里,我们可以看到许多奇妙的场景。想象一下,如果太阳突然不再发光但是质量不变,太阳背后的星光,就会由于空间的扭曲仍然能够传播到我们眼里,这种感觉就好样我们可以看到墙后面的人一样。而且光线的传播路径很像穿过凸透镜的光路。所以,太阳此时更像一个放大镜,使得我们很难判断它背后物体的真实大小和距离。

假如太阳的质量不断增加,直到变成一个黑洞,我们站在太阳的视界边缘打着手电筒向前方照射,甚至可以看到自己的背影。

总之,在四维空间里,任何人都很难躲到某个角落而不被别人看到,你可以同时看到前后左右甚至背后的物体,却很难判断物体的真实形状,大小以及距离。



旅行到宇宙边缘abc


先来说一下三维。点,没有维度。一维,即长度。平面是二维,即长和宽。立体是三维,即长,宽,高。第四维就是在长,宽,高之外的空间维。后来爱因斯坦把时间也算到第四维里去了,叫第四时间维。而且科学家还认为四维理论不够,后来又增加了一维即第五维,这样光合引力就结合在了一起,光被解释为是在第五维的振动。

谈到高维理论就不得不说黎曼了。黎曼出生在1826年的德国汉诺威,是一位牧师的儿子,小时候家境贫穷,经常由于身体虚弱而营养不良。但是他很小的时候就有着惊人的计算力,可是他非常害羞,害怕在公众面前讲话。一本《数论》他只花了6天就读完了,并完全掌握了里面的内容。后来他父亲送他去了格丁根大学,那里有伟大的数学家高斯。黎曼说传统的欧几里得几何学认为三维空间是‘’平坦的‘’,但是忽略了空间被弯曲的可能性。他认为电、磁和引力皆由我们的三维宇宙在看不见的第四维中起皱所致。因此,‘’力‘’本身并不存在,它只是几何畸变引起的明显结果。黎曼发现面有正曲率和负曲率,并且引进了‘’度规张量‘’来描述在空间中每一点的性质(每一点引进10个数)。所以说黎曼对高维空间的研究做了非常大的贡献。

但是,我们看不到高维,因为它们‘’蜷缩‘’成非常小的球,这些球无法检测,大小都是普朗克长度,相当于质子的万亿亿分之一,即使用我们现在最大的原子对撞机也无法探测。不过,如果是四维的人看我们的话,那他们会有神一般的能力。比如穿墙而过,轻松的穿过建筑。随时的消失和重新出现,瞬间移动。拥有千里眼,可以透视物体。虽然我们看不见高维,但是可以用其它方法观察。数学家欣顿就设想了三种方法来‘’看见‘’第四维。第一种是建立了一个超立方体,通过拆解来看见。比如一个生活在二维的生物,是看不见一个正方体的,但是如果把正方体拆解,那就是二维的,它们就可以看见了。第二种是观看高维物体在低维中的投影。第三种是通过看截面。





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