三维空间的人尝试去理解四维空间(什么是四维空间)(1)

有人说,我们生活的空间本来就是四维空间,因为我们的三维世界被四维空间完完全全包含。

在开始之前首先要弄清什么是四维空间。请注意,四维空间并不是指爱因斯坦广义相对论里的三维空间加一维时间,这是一个认识上的很大误区。事实上,时间维是独立于空间维的,一维空间也有时间,二维空间也有时间,三维空间也有时间,三维空间加上一维时间构成一个四维时空,这并不等同于纯粹的四维空间。黎曼几何之后的高维几何学已经发展了很多年,在超弦理论里宇宙的结构是九维空间加一维时间,而M理论里宇宙是十维空间加一维时间的十一维时空结构。

三维空间的人尝试去理解四维空间(什么是四维空间)(2)

四维空间是构成真实世界的最低维度,我们的现实世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少我们还无法感知,就如人将蚂蚁面前的一块食物拿起来,蚂蚁只当它凭空消失。因为蚂蚁的空间理念是二维空间,在它们那理解不了高度。而我们理解四维也就像蚂蚁去理解这个食物为什么会消失,也就是去理解三维世界一样。

四维,也称“四次元”和“四次元空间”。从三维投影看,一个在四维空间中绕一个平面旋转的四维超正方体。在物理学和数学中,可将 n个数的序列理解为一个 n 维空间中的位置。当 n 时,所有这样的位置的集合就叫做四维空间。四维空间和人居住的三维空间不同,因为多了一个维度。

三维空间的人尝试去理解四维空间(什么是四维空间)(3)

从三维投影看,一个在四维空间中绕一个平面旋转的四维超正方体。

四维空间不同于三维空间,四维空间指的是标准欧几里德空间,可以拓展到n维;四维时空指的是闵可夫斯基空间概念的一种误解。人类作为三维物体可以理解四维时空(三个空间维度和一个时间维度)但无法认识以及存在于四维空间,因为人类属于第三个空间维度生物。通常所说时间是第四维即四维时空下的时间维度。四维空间的第四维指与x,y,z同一性质的空间维度。然而四维时空并不是标准欧几里得空间,而时间的本质是描述运动的快慢。

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