什么是四维空间?

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匿名用户
2021-12-06
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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?

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。

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。

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。

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。

无级aBC

2022-06-25 · 有人把生活过的甜蜜蜜 我却把生活过成回忆
无级aBC
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你好,很高兴为你解答问题。所谓的四维空间:是一个时空的概念。
简单来说,任何具有四维的空间都可以被称为“四维空间”。
不过,日常生活所提及的“四维空间”,大多数都是指爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。根据爱因斯坦的概念,我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系,是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又多了一条时间轴,而这条时间的轴是一条虚数值的轴。
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高能答主

2021-12-07 · 最想被夸「你懂的真多」
知道小有建树答主
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四维空间具有4个空间维度。在三维空间中,以笛卡尔空间直角坐标系为例,一个点的位置需要xyz三个坐标来描述。如果放在四维空间坐标中,一个点的位置则需要xyzw四个坐标来描述。作为生活在三维空间中的我们,对三维世界很了解,可对于多了一个维度的四维空间,要想理解它就很难了。

在几何学中,0维是一个无限小的点;1维是一条线,在此维度下存在长度这个概念;2维是一个面,曲面或者平面上的图形存在面积这个概念;3维则是在2维的基础上多了一个维度,三维立体图形存在体积这个概念。四维又比三维多了一个维度,那四维空间中的图形又是什么样子的?

图形是由点、线、面、体等几何元素构成的。正所谓,点动成线,线动成面,面动成体,那么当一个立体图形动起来,就构成了四维空间中的物体。对于四维空间中的几何体,我们将之称为超体。
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qweghj558
2021-12-06 · TA获得超过249个赞
知道小有建树答主
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LZ的问题其实包含有两个小问题

1,四维空间是什么样的。

2,四维空间在我们人类看到是什么样的。

现在分别来回答这两个问题:

——————

一、

因为我们所处的空间是三维空间,我们无法直观体会四维空间。所以我们只能用递归的方式来侧面推断四维世界是怎样的。

①,一维世界。

假设我们在纸上画一条线,这条线是一个世界,上面生活着两人。他们各自是一个点,可以在这条线上单向的前后移动。在坐标系中,他们各位于 -1,1的位置。有一天,其中一个人在他们两个人中起了一面墙,这面墙也是一个点,坐标0,那这两个人就被这面墙挡住了。

我们这就创建了一个一维世界,了解了一维世界中生物的行动方式。然后我们来看二维世界。

②,二维世界。

然后我们在整个-1,0,1的一维世界直线外随便画两个点。这两个点是二维世界的两个人,这张纸就是他们的二维世界。

二维世界的人就可以在纸的平面自由移动了,他们觉得在一维世界的人很傻,只能前后移动,而且会被一个点挡住。如果两个二维世界的人之间有一个点,那他俩只要绕过去就行了。

然后,三维世界的我,就画了一个圈,把二维世界的一个人圈了起来。这样,二维世界的两个人,也被我们分割开了。

我们这就又成功的创建了一个二维世界,了解了二维世界中生物的行动方式。然后我们来看三维世界。

③,三维世界。

三维世界,题主和我在一个小房间,趴在一张桌子上拿着纸笔创造着一维和二维世界。我们可以随便走动,而且觉得二维世界的生物很傻,只能在一个平面内移动,而且会被一个圈挡住。如果三维世界的人被一个呼啦圈放在地上围住,那只要跳过去就可以了。如果二维世界的点生物是一只跳蚤,那也可以跳出圈去。

然后,四维世界的上帝,就用一个保险箱,把三维世界的题主关了起来。这样三维世界的两个人,就被上帝分开了。。。。

④,四维世界。

——————推论的分割线———————

虽然这个世界上没有人亲身感受过四维世界,但是我们还是可以从上面的递归中了解到。

1,低维度对高维度完全可见。就好像不管1维世界有多少点阻隔,2维世界都能看到。2维世界有多少圈圈住,三维世界都可以看到。

那么一个人无论被多少层保险箱锁住,在四维世界都可以看到。(看到所代表其相应的维度视觉,在后面会讲到。)

2,低维度对高纬度不可阻挡。1维的点墙,2维的圆环墙,3维的棺材,在其维度都无法穿越,但是在高纬
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fangzm6
2021-12-06 · TA获得超过2426个赞
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四维空间 是一个时空的概念。简单来说,任何具有四维的空间都可以被称为“四维空间”。
不过,日常生活所提及的“四维空间”,大多数都是指爱因斯坦在他的《相对论》中提及的“四维时空”概念。
根据爱因斯坦相对论所说:我们生活中所面对的三维空间加上时间这一维即构成所谓四维空间。
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