03.05 如何清楚解釋四維空間?

福兮福所倚而無禍


如何理解四維空間呢?

①想象一下:如果螞蟻是平面的,能不能說三維空間(整個宇宙)是四維空間的投影?

②三維空間+時間=四維空間?這個說法,量綱就不對吧?

③再來看一下類比:三條線段(一維)圍成一個密閉空間(二維),四個三角形(二維)圍成一個密閉空間(三維),那麼,五個四面體(三維)不是可以維持一個思維密閉空間(四維凸體)嗎?

④在R³的四面體中,四面體的對稜之積構成一個三角形,它的“面積”=6RV(R、V分別是四面體的外接球半徑、體積)。



林根數學


要正確的認識思維空間,先要了解思維空間“維”是一種度量,在三維空間座標上,加上時間時空的迴響聯繫,就構成了四維空間。

維度定義

零維:無長寬高,單純的一個點,如奇點。

一維:只有長度

二維:平面世界只有長寬

三維:長高寬,立體世界。就是我們所生活的世界。

四維:一個時空的概念。

日常所提及的“四維空間”大多是愛因斯坦在他《廣義相對論》和《狹義相對論》中所提及的四維空間概念。我們所熟知生活的宇宙是由時間和空間構成的,比“三維空間”多了一條時間軸。概括為愛伊斯坦的話就是:我們生活所面對的三維空間加上時間構成多為四維空間。人類現在只能理解到三維,後面的維度是通過數學理論構建的。

四維空間是構成宇宙的最低維度。

看到過一個帖子說一把尺子在三維空間轉動,長度不改變,但它旋轉時,它的個座標值均發生了改變,且座標之間是有聯繫的。那麼是不是說四維空間是與空間聯繫的,是時空的統一,不可分離的整體?

在四維空間裡,定義了四維速度和四維加速度,四維力,電磁場方程組的四維形式等。其中電磁場方程組更加完美的用電場和磁場統一一個電磁場張量來描述四維空間、

證明四維空間的真實案列?

1955年,一家在越百度大三角海區時失蹤的飛機與1990年完整無損的飛回到原定的目的地,雖然只是晚了45年。而早被認定死亡的兩個飛行員也安然無恙。機場對事感到驚奇,飛行員卻感到不解,他們以為還是1955年,因為他們剛剛穿過墨西哥灣,從諾服克來到墨西哥擔任皮科。其中一名飛行員叫帕伯勞,出生證明上他現在已經77歲了,而本人卻看起來只有40歲左右。


Captain珍珠


問得好,首先四維空間肯定存在,也絕不是時間,至於怎麼理解呢?身處三維物質世界的我們的確不太理解,還是粗略大致說說吧,三維空間大家都知道,長寬高三個互相垂直的空間維度構成三維立體,第四維就是與三維皆垂直的空間維度,即三維立體又增加有了內外(實虛),三維空間想當於四維空間的表皮,可以在腦海中想象一下,或者拿個超立方體例子,可以用數學表達的,超正方體有8個立方體,24個面,32條線段,16個點,再比如複雜些的,莫比烏斯帶是處於三維空間中的二維扭曲空間結構,克萊茵瓶是處於四維空間的三維扭曲空間結構,它們的特點是從空間任意位置出發可以遍歷全部空間,從三維到四維空間跨越維度是靠扭曲結構入口連接的(比如蟲洞時空縫隙),處於四維空間可以很容易同時看到三維空間的整體包括內外,一覽無餘,三維空間對於四維空間毫無秘密(低維對於高維皆如此),三維空間有其相應時間(實),四維空間也有其相應時間(實虛),運作方式及快慢皆不同,具體就是三維世界的時間一直前行,四維空間的時間可前進可後退可靜止,且四維空間的時間流速比三維要慢的多,好了,手機沒電了就寫到此


紅塵匆匆過客夢


如果空間中兩點之間的距離公式符合勾股定理,則空間就是平直的,空間中成立的幾何就是歐氏幾何,否則,空間就是彎曲的,空間中成立的幾何就是非歐幾何。所以,我們所在的空間究竟是平直的還是彎曲的,只有經過實測才能確實。通過對一個實際存在的直角三角形進行測量,才能知道它究竟符不符合勾股定理。

顯然,在對這個直角三角形所進行的測量中,沿x軸、y軸的測量,以及沿斜邊的測量,都是長度測量,測量的方法、測量用的標準直尺,都是相同的。如果我們在這個三維空間上,再增加一個維度,變成四維,但第四維的含義是房價,或者是溫度,某個給定的三維空間區域上的第四維的高度,代表某一地段、某一樓層的房價,或者代表某一個微小的三維空間區域中的溫度,則這個四維座標系,數學上可以存在,可以畫出來,但我們卻不能稱它為“四維空間”。即使我們能人為的定義出一個這種“四維空間”中兩點之間的距離公式,但這個“四維空間中的兩點之間的距離”卻無法實際測量,因為第四維的測量方法與前三維完全不同,物理含義完全不同。由於斜邊的長度無法測量,我們也就不能進一步說,如果這個“四維空間中的距離”符合勾股定理,這個“四維空間”就是平直的,空間中成立的幾何是歐氏幾何,否則,這個“四維空間”就是彎曲的,空間中成立的幾何是非歐幾何。

同樣,把時間與三維空間合併成一個所謂的“四維時空”,這個“四維時空”中的兩點之間的距離也無法實際測量,我們也無法說,這個“四維時空”是平直的還是彎曲的。無法測量四維時空中兩點之間的距離,無法判定四維時空究竟有沒有彎曲的原因,就是增加的第四維是時間,與前三維的空間,物理含義完全不同,測量方法完全不同。

按照廣義相對論,當ds^2=dx^2+dy^2+dz^2-c^2dt^2時,四維時空就是平直的,否則,如果ds^2=gijdxidxj,四維時空就是彎曲的。請問,ds怎麼測量?測量了什麼才算是測量出了ds?

有人說,測量物體運動過程中的固有時,就等價於測量ds。在隨物體一同運動的參照系中,上述的兩個表達式分別簡化為ds^2=-c^2dt^2和ds^2=g00c^2dt^2,如果第一個表達式成立,則時空就是平直的,否則,第二個表達式成立,時空就是彎曲的。測量出了固有時dt,不知道ds,能判定出時空是平直還是彎曲的嗎?而且,一般情況下,g00還是時空座標的函數,請問,dt能等價於是ds嗎?


董加耕


恕我直言,四維空間根本不存在,甚至二維空間也不存在,一個微生物在地上爬,此時對他而言這個世界是二維的,但只要他一爬上牆那麼他所在的世界除了長度與寬度外就有了高度,那麼他生活的地方還是三維空間,而沒有一樣生物是真正生活在二維空間的,四維空間在哪,有人見過嗎,四維空間也不過在當年愛因斯坦提出的狹義相對論中提到過,那麼他是否真的看過四維空間呢,中國有句話叫:耳聽為虛,眼見為實,如果就憑他的想像就能證明四維空間的存在,那根據和尚與道士對地獄和天堂的想像,是不是就能證明地獄和天堂是存在的呢,更何況狹義相對論中提到的時間是根本不存在的,現在以地球自轉一週為一天,一天正好二十四個小時,所以昨天,今天,明天就成了時間,人的一生就是一百二十年,那如果太陽轉慢點呢,如果地球一年才自轉一週呢,那麼一年才是一天,人的一生就只有一百二十天,地球繞太陽一圈是一年,那如果地球公轉快點的同時自轉慢點呢呢,如果地球繞太陽一圈後自轉才轉了一個小時,那就是說在地球上一小時就過了一年,那人的壽命就將遠不止一百二十年,那如果讓地球停止自轉並加快公轉,使原來的一秒變成一年,那人類是不是獲得永生了呢


黑白玄剪


四維空間是標準的歐幾里得空間,是數學上的,而我們常常在科幻作品中看到的四維時空(3維空間+時間)是閔可夫斯基空間。

數學上的四維空間不包含時間,第四維度擁有的性質與長、寬、高性質一樣,也就是說,與X、Y、Z三軸都垂直,是不是在腦海中想不到這樣的存在?想不到就對了,因為我們是三維生物。

這也正是市面上的克萊因瓶不是真正的克萊因瓶的原因,因為真正的克萊因瓶不需要在瓶身開個口子進入內部,而是從第四個維度進,開個口子只是為了形象的表述,真正的克萊因瓶存在於四維空間中。

如何理解四維空間,你只要知道比我們三維空間多了一個運動的維度,如果我們三維生物進入到四維空間中去,那麼血液會沿著第四個維度流出來,從而喪命。

但是如此種種,皆是想象,沒有任何證據證明在現實宇宙中存在更高的維度,這些設想在科幻小說中廣泛採用。

個人淺見,歡迎評論!


科學船塢


如何理解“四維空間”?

所謂的“四維空間”即使到現在為止仍然還停留在數學模型中,我們無法從任何蛛絲馬跡中搜尋到“四維空間”的存在,但古往今來,無論是科學家還是哲學家,甚至是神秘論學者都無比堅定的相信它的存在!

假如四維空間是我們理解的數學模型的話,在我們三維空間中是無法表達出四維空間樣子的,即使再形象的四維表現形式也只是它在三維空間中的投影而已!那麼用通俗一點的語言描述一下數學模型中的四維空間?

從零維到四維的三維表現方式,從四維之前我們都能理解,因為我們能看到,也能摸得著,更能將它畫在紙上輔助我們理解!但四維,即使畫出來也是一堆縱橫交錯的線條,簡單的理解就是在我們三維空間的周圍還有上帝角度的空間,即四維空間的其他向量是全方位無死角包圍三維空間的,三維對於四維空間沒有秘密,因為沒有什麼物質可以遮擋高維空間對低維的觀察!

從這幅圖我們可以簡單的理解下這個包裹是如何的徹底!就像我們觀測到的宇宙的宇宙,無論科學家如何建立模型觀測,宇宙似乎都是平坦的,表示宇宙是一個無窮大的平坦空間,那麼它在四維空間中還會是平坦空間嗎?

這很容易理解,因為我們本身就在三維空間內,無法將自身空透徹觀察!但如果跳出本身所在的三維到達更高維的四維,那麼這個問題是否就能迎刃而解呢?

也許我們依然不得而知,但也許能得到一個會當凌絕頂、一覽眾山小的感覺!更大的可能是四維依然依託更高維空間之中......

有解嗎?無論如何看起來似乎都只解決了這個宇宙的問題,那麼有別的宇宙嗎?又有幾個宇宙?我們的找尋會有止境


星辰大海路上的種花家


維度,按照三維空間的經驗,應該是實實在在看得見摸得著的東西。人類,一切動物,植物都生活在三維空間。

所謂四維空間,就是在三維空間基礎上加了一個時間維。那麼這個時間維並不像三維空間裡的時間一樣是虛無的看不見摸不著的東西。四維空間裡的時間維應該是看得見摸得著的。它或者像一座高山,可以上上下下。或者像一條河流,可以漂流其中。

在四維空間,如果存在生命,他們和地球生物應該是不一樣的,他們能力超強,可以回到過去,也能看清未來。他們的壽命應該很長,因為他們可以對生命的時間長度進行改變。

四維空間的人看三維空間裡的人,就好像我們人類看螞蟻一樣。他們有透視功能,可以看清楚三維空間人類從生到死的分分秒秒。他們可以預知人的命運,預知地球上每個民族的命運,預知世界上每個國家的命運,甚至地球的歷史和未來命運等等。

四維空間的時間軸既然是一種實體,那麼四維空間裡的生命體和一切植物,生老病死的分分秒秒都應該像磚塊一樣儲存在一種特殊空間。四維空間的生命體可以對過去發生過的一切,隨時隨地查驗,查閱甚至修改。

四維空間裡的生命體可以觀察三維空間裡的一切,也可以通過時光隧道來到三維空間。但是,三維空間卻不能感知四維空間的存在,更不能進入四維空間。

也許人類的靈魂,可以感知到時光隧道,並且可以進入四維空間甚至五維空間。當然,這隻能說是一種假說,不得而知。





崑崙劍俠


我想談談我的個人觀點。

無數個點可以組成一條直線,這是一維。無數直線可以組成一個平面,這是二維。無數平面疊加,就是三維空間。如果沒有物質的存在,三維空間應該是簡單而純粹的。

但是,物質,尤其是大質量天體,會讓空間變得扭曲。就像這張圖片。確切的說,這張圖片反應的是空間切片,也就是組成空間的某一個平面的扭曲狀況。由於這種扭曲,讓二維平面具備了三維結構。於是,原本的三維空間增加了一個維度,變成了四維。

光線在扭曲的空間裡傳播路徑非常詭異。所以在四維空間裡,我們可以看到許多奇妙的場景。想象一下,如果太陽突然不再發光但是質量不變,太陽背後的星光,就會由於空間的扭曲仍然能夠傳播到我們眼裡,這種感覺就好樣我們可以看到牆後面的人一樣。而且光線的傳播路徑很像穿過凸透鏡的光路。所以,太陽此時更像一個放大鏡,使得我們很難判斷它背後物體的真實大小和距離。

假如太陽的質量不斷增加,直到變成一個黑洞,我們站在太陽的視界邊緣打著手電筒向前方照射,甚至可以看到自己的背影。

總之,在四維空間裡,任何人都很難躲到某個角落而不被別人看到,你可以同時看到前後左右甚至背後的物體,卻很難判斷物體的真實形狀,大小以及距離。



旅行到宇宙邊緣abc


先來說一下三維。點,沒有維度。一維,即長度。平面是二維,即長和寬。立體是三維,即長,寬,高。第四維就是在長,寬,高之外的空間維。後來愛因斯坦把時間也算到第四維裡去了,叫第四時間維。而且科學家還認為四維理論不夠,後來又增加了一維即第五維,這樣光合引力就結合在了一起,光被解釋為是在第五維的振動。

談到高維理論就不得不說黎曼了。黎曼出生在1826年的德國漢諾威,是一位牧師的兒子,小時候家境貧窮,經常由於身體虛弱而營養不良。但是他很小的時候就有著驚人的計算力,可是他非常害羞,害怕在公眾面前講話。一本《數論》他只花了6天就讀完了,並完全掌握了裡面的內容。後來他父親送他去了格丁根大學,那裡有偉大的數學家高斯。黎曼說傳統的歐幾里得幾何學認為三維空間是‘’平坦的‘’,但是忽略了空間被彎曲的可能性。他認為電、磁和引力皆由我們的三維宇宙在看不見的第四維中起皺所致。因此,‘’力‘’本身並不存在,它只是幾何畸變引起的明顯結果。黎曼發現面有正曲率和負曲率,並且引進了‘’度規張量‘’來描述在空間中每一點的性質(每一點引進10個數)。所以說黎曼對高維空間的研究做了非常大的貢獻。

但是,我們看不到高維,因為它們‘’蜷縮‘’成非常小的球,這些球無法檢測,大小都是普朗克長度,相當於質子的萬億億分之一,即使用我們現在最大的原子對撞機也無法探測。不過,如果是四維的人看我們的話,那他們會有神一般的能力。比如穿牆而過,輕鬆的穿過建築。隨時的消失和重新出現,瞬間移動。擁有千里眼,可以透視物體。雖然我們看不見高維,但是可以用其它方法觀察。數學家欣頓就設想了三種方法來‘’看見‘’第四維。第一種是建立了一個超立方體,通過拆解來看見。比如一個生活在二維的生物,是看不見一個正方體的,但是如果把正方體拆解,那就是二維的,它們就可以看見了。第二種是觀看高維物體在低維中的投影。第三種是通過看截面。





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