什么是四维空间(是否存在四维空间)

 2022-04-01 12:03:27    104  

“爱是一种力量,能让我们超越时空的维度来感知它的存在”这是电影《星际穿越》中非常经典的一句话,男主进入了五维时空向过去的女儿传递了信息,这一桥段也揭示了我们的世界其实是由不同维度组成的。

什么是四维空间(是否存在四维空间)


我们生活的这个世界存在三个维度,长、宽、高所组成的三维空间,如果再加上一维的时间,就是四维时空,即我们存在于三维空间或四维时空内。(时间不能算维度,但它贯穿于所有维度)说到这里,很多人或许在想,如果人类进入了四维空间(即五维时空),真的可以像电影中男主角那样穿越时空回到过去吗?

什么是四维空间(是否存在四维空间)


答案是不可以或者未知,因为维度有数学和科学上两种说法。

维度的说法最早来源于数学中,包括超弦理论中的11个维度都是建立在数学的基础之上,而数学中所有的维度都是在标准欧几里德空间的基础上探讨的。打个简单的比方,数学中的维度就是:一维是过一个点的一条直线,二维是过一个点的两条相互垂直的直线,三维就是我们数学中建立的相互垂直的XYZ平面直角坐标系的空间。以此类推,数学上的N维所指的就是过任意点做出的N条相互垂直的直线。

什么是四维空间(是否存在四维空间)


所以在数学的标准欧几里德空间内,人类是不可能进入四维空间的,这个四维空间仅仅只是用于解决某些数学问题所建立的模型而已,而电影中所说的维度和穿越到过去未来的维度是科学上的维度,这个维度是建立在闵可夫斯基空间的基础上进行探讨的,就像《三体》中的降维打击。

科学上的维度或许是大家最感兴趣的问题,因为如果真的存在科学上的维度,确实可以穿越时空去到过去和未来。但目前为止,科学并未承认世界存在四维空间,不过也没有否认四维空间一定不存在,至少目前没有发现它存在。

脑洞大开,假设存在科学上的四维空间,那么人类也是无法涉足的。

什么是四维空间(是否存在四维空间)


许多人认为人类存在于三维空间内,可以观察到二维空间内的生物,就像观察蚂蚁。其实这个说法是错误的,就算蚂蚁再矮它也存在高度,就算一张纸再薄,纸也不可能是二维的,因为组成纸张的分子原子都有长宽高,夸克再小都有长宽高,尺度再小也都比普朗克长度要长,所以我们所生活的三维空间内,一切物质必定是三维的。

有人认为影子只有长和宽,没有高,所以影子是二维的,这个说法其实也不对。影子不是一种实体物质,影子的存在只是因为它没有光。

什么是四维空间(是否存在四维空间)


荷兰艺术家就曾用他的雕塑作品描绘了四维空间,如果四维空间真的存在,那么里面的生物应该是一个三维生物所有生命轨迹的叠加。比如三维空间内你只能看到某个人在某个时间点上的一个状态,而四维空间你就能看到某个人在某个时间点上的所有状态,你看到的是整个生命的运动轨迹。

四维空间的投影就是我们的三维空间,也就是一个时间点下人只有一个状态。例如三维空间的投影就是二维的一个平面,二维平面的投影就是一维的一条线,是一个降维的关系。当然人类存在的三维空间是无法观察到其它维度的,如果三维空间的人进入四维空间,那结局很可能是死亡,因为三维的人缺少维度支持进入四维。

又或许,用三维空间内的理论知识来探讨四维空间,这本身就不合适。

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