生活在三维空间的我们为什么无法想象出四维空间？
众所周知，我们生活在一个立体的世界里，我们的世界拥有长、宽、高三个维度。上世纪初爱因斯坦创立狭义相对论，把时间和三个空间维度统一起来，成为一个称为时空的四维整体，亦称四维时空。
四维时空很多人都能明白，也不需要我们的过多想象力，把它理解成时空这个整体里，三维空间随时间演化就好。但我们现在要回答的问题是四维空间而非四维时空。
什么是四维空间？
我们还是现实一点先理解一下四维空间吧。四维空间是区别于相对论的四维时空，是拥有四个空间维度，即四个互相垂直的运动方向的空间。
我们生活在一个三维空间内（在此先行忽略与空间迥异的时间），三维空间里互相垂直的空间运动方向有三个：【前后】（或前或后，下同）、【左右】和【上下】。这种日常所见我们都能理解，而四维空间则在这四个运动方向上再增加了一个方向，这就很尴尬了，这个方向在哪？我们没见过，这是一个未知的方向……
因此我们就可以来回答这个问题：
我们为什么无法想象出四维空间
答案就是：因为我们没有经验！
我们所有的想象都是建立在我们的经验之上的，我们无法想象出任何超出我们经验以外的事物。举一个最简单的例子：你无法想象出你没有见过的颜色！如果你问一个生下来就瞎眼的盲人能否想象出这个五颜六色的世界是什么样子的，他一定会告诉你他不知道。
前面我说四维空间拥有四个互相垂直的运动方向，但我只能写出三个方向：【前后】、【左右】、【上下】，还有一个是未知方向，因为我们没有词汇来定义这个第四维度的方向，我们也无法想象出这个方向究竟在哪个方向……因为在我们的经验世界里，无论往哪个方向，都是在三维空间里头，无论是前后左右上下，我们都无法超脱这三维，我们的三维世界里找不到这第四个方向。
作为三维物，我们无法脱离三维空间而存在，目前的科学理论虽然认为可能存在更高维度，但同时认为我们作为三维生物却被锁死在三维空间里，让我们赖以存在的强核力（构成原子核）和电磁力（构成原子分子）都无法传播到高维，因此这就注定了我们无法看到高维，也无法触摸高维。所以四维空间永远在我们的经验以外，就像二维生物无法感知三维空间一样。
四维空间虽然无法想象，却可以被理解
想象和理解是两个不同的层面，直观的想象需要经验加持，但逻辑上的理解却只需要推理和类比。正如广义相对论的弯曲空间，世界上没有人能直观的想象弯曲的三维空间是什么样子的，包括广义相对论的创立者爱因斯坦本人也承认他想象不出……但几乎每一个人都能通过二维弯曲的类比去理解三维的弯曲空间。
后记
点动成线，线动成面，面动成体，体动成超体……我们可以依次推理到无穷多维，但不要为难自己，不要尝试直观想象这第四维是什么样子的，你，想象不出……
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2024-11-15 广告
