什么是四维空间

显示全部楼层 · 2018-8-3 11:36:33

有过亲身经历的人都一致同意，置身四维空间的感觉是不可能用语言来描述的，他们甚至断言，四维感觉是人类迄今为止所遇到的唯一一种绝对不可能用语言描述的事物。这个类比，其实也只是进一步描述了四维感觉的不可描述。此时，在莫沃维奇和关一帆的眼前，“蓝色空间”号飞船像一幅宏伟的巨画舒展开来。他们可以一直看到舰尾，也可以一直看到舰首。他们能够看到每一个舱室的内部，也能够看到舱中每一个封闭容器的内部；可以看到液体在错综复杂的管道中流动，看到舰尾核反应堆中核聚变的火球……当然，透视原理仍然起作用，太远就看不清楚，但一切都能看到。没有这种经历的人在听他们描述时会产生一个错误的印象，感觉他们是“透过”舰体看到所有的一切，事实是他们没有“透过”什么，一切的一切都并列在外，就像我们看一张纸上画的圆圈，能看到圆圈内部，并没有“透过”什么。这种展开是所有层次上的，最难以描述的是固体的展开，竟然能够看到固体的内部，比如舱壁或一块金属、一块石头，能看到它们所有的断面！他们被视觉信息的海洋淹没了，仿佛整个宇宙的所有细节全聚集在周围色彩斑斓地并列呈现出来。这时，他们不得不面对一个全新的视觉现象：无限细节。在三维世界里，人类的视觉面对的是有限细节，一个环境或事物不管多么复杂，呈现的细节是有限的，只要用足够的时间依次观看，总能把绝大部分细节尽收眼底。但从四维看三维时，由于三维事物在各个层次上都暴露在四维视野中，原来封闭和被遮挡的一切都平行并列出来。比如一个封闭容器，首先可以看到它内部的物体，而这些内部物体的内部也是可见的，在这无穷层次的暴露并列中，便显露出无限的细节。在莫沃维奇和关一帆面前的飞船，虽然一切都显露在眼前，但任何一个小范围内的一件小东西，比如一只水杯或一支笔，它们并列出来的细节也是无限的，视觉也接收到无限的信息，用眼睛看时，穷尽一生也不可能看全它们在四维空间的外形。当一个物体在所有层次上都暴露在四维时，便产生了一种令人眩晕的深度感，像一个无限嵌套的俄罗斯套娃，这时，“从果核中看到无穷”不再是一个比喻。莫沃维奇和关一帆也相互看到了对方，还看到了旁边的褚岩。他们看到的是并列出无限细节的人体，可以看到所有的骨骼和内脏，可以看到骨骼里的骨髓，可以看到血液在心脏心室间的流动和瓣膜的开闭，与对方对视时，也可以清晰地看到眼球晶状体的结构……但“并列”这个词同样可能引起误解，人体各部分的物理位置并没有任何变化，皮肤仍然包裹着内脏和骨骼，每个人在三维世界中的熟悉形象还在，是细节的一部分，与其他无限的细节并列在一起。当最初的眩晕过去后，莫沃维奇和关一帆又面临着一个更大的震撼，这个感觉刚才被周围环境的无限细节所转移——即对空间本身的感觉，或者说是对三维之外的第四个维度的感觉，后来人们称之为高维空间感。对于亲历过四维空间的人来说，高维空间感是最难用语言描述的，他们往往试图这样说明：我们在三维空间中称之为广阔、浩渺的这类东西，会在第四个维度上被无限重复，在那个三维世界中不存在的方向上被无限复制。他们常常用两面相对的镜子来类比：这时在任何一面镜子中都可以看到被复制的无数面镜子，一个向深处无限延伸的镜子长廊，如果作为类比，长廊中的每面镜子就都是一个三维空间。或者说：人们在三维世界中看到的广阔浩渺，其实只是真正的广阔浩渺的一个横断面。描述高维空间感的难处在于，置身于四维空间中的人们看到的空间也是均匀和空无一物的，但有一种难以言表的纵深感，这种纵深不能用距离来描述，它包含在空间的每一个点中。————《三体》

千问 · 2018-8-3 11:36:33

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。　　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构成所谓四维空间。由于我们在地球上所感觉到的时间运行很慢，所以不会明显的感觉到四维空间的存在，但一旦登上宇宙飞船或到达宇宙之中，使本身所在参照系的速度开始变快或开始接近光速时，我们能对比的找到时间的变化。如果你在时速接近光速的飞船里航行，你的生命会比在地球上的人要长很多。这里有一种势场所在，物质的能量会随着速度的改变而改变。所以时间的变化及对比是以物质的速度为参照系的。这就是时间为什么是四维空间的要素之一的原因。

千问 · 2018-8-3 11:36:33

首先，我们需要了解什么是四维空间。四维空间就是指包括时间A和由长X宽Y高Z组成的包括三维空间在内的空间。假如我们走在一条狭长的隧道里，我们能走出隧道的方向只有两个——前与后；而当我们在走空旷的田野里走时，我们就会有四个方向——前、后、左、右；而当我们的宇航员在太空中表演太空漫步的时候，他的方向将有六个，前、后、左、右、上、下。那么在什么地方我们能找到第七个方向和第八个方向，即第四对方向呢。当然，那只有在四维空间里才能找到。然而，我们所生活的空间中就存在着这对方向，它们就是时间的前与后。想一想过去所发生过的和未来将要发生的，我们就会发现实际这一切存在着连贯性。有一个现象是我长久以来所感兴趣的。就是为什么正方型有四条边，而立方体却有十二条棱，后来经过数学的学习明白了这是空间维度的差异。正方形可以存在于二维空间，而立方体不可以，它最少也得呆在三维空间里。那么会不会有什么东西不能呆在三维空间里却只能在四维及四维以上的空间里呢？中国话里的正方里有个正字，仔细想来也就是，正方形和正方体都是方方正正的。他们在空间里是否能代表着什么呢？经过多年的研究我认为，所有的正方都是一种空间维度的原身，从几何的角度就能说明这一点。比如它们的角相互垂直，他们的对边相互平行并且他们表示某维空间的最极端的几个方向。既然是这样，那么它们之间一定是否会存在着联系呢？为什么一维是条直线两个端点，二维有四条边和四个顶点，三维有十二条边和八个顶点呢？这些数目难道就是孤立的、没有联系的吗？难道上帝就安排了这些数字作为空间的特征吗？一些直觉告诉我，它们一定是有联系的，我一定得搞清楚。再细细地去想，最简单的、能和空间的维数能直接对上号的就是在N维几何坐标系中的坐标轴的数目。因此，我便以此为突破口进行了更深层次的探密。我在三维空间坐标系中加了一条与其他三条坐标轴方向都不同的新坐标轴——A轴。并设想A轴在这个坐标系中与其他的三条坐标轴都呈相互垂直的关系。基此构成了新的四维坐标系，这看起来似乎有些荒诞。让我们这样想象一下，假如我们现有所能感觉到的空间只有两维。换一句话说，就是假如我们现在只是生活在只有四个方向的二维空间里，假设我们感觉不到上和下。那么，当有人提出有那么第三对方向，是不是也会让人有所吃惊呢？我们只有四个方向，而且所有的方向都是相互垂直的，那我们从哪去找那第三对方向呢？就像一只普通的小蚂蚁在平地上爬，它不曾飞过也不曾想过要飞，那么飞是否对于这只可怜的蚂蚁来说很荒诞的呢？后来我在A轴上取了个点并假设这个点到原点的距离等于立方体的边长(1mi)。这就是后来四维方体的第一条边。然后又对三维方体的每个顶点都做出同样方向的一些平行线。经过很多次的失败，最终还是确立了几个四维超方体几何模型的待选图形。在这些待选图形中，一个真正的四维方体模型就这样新鲜出炉了。这是一个由四组每组数目都是八的平行线段组成，和前面几维一样，这也是一个空间上呈中心对称的图形。更惊奇的发现是在三维方体中每个方向所指向的六个平面的中心变为在四维空间中指向八个立方体。这也和二维空间中四个方向分别指向四条边一样。这让我更加意识到相邻的维度间存在着一种不可分割的联系，这就是后来演变而成的“分裂理论”。 2.1 一、二、三维空间存在“分裂-聚合关系” 经过对此模型的研究，我认为，空间相邻维度的变换是由于空间的纵向分裂形成的。在空间形成的初期，宇宙是一个点，我们可以称之为零维空间；然后此点分裂成两个点，在这两点之间的空间被叫做直线形空间，也就是一维空间；这两个点后来又分别向第三方向（+Y）分裂，在这四个点之间的空间就呈现为一个平面,就是二维空间；二维空间的四个点分别继续向第五方向（+Z）分裂，就出现了八个极点，在这八个极点之间的空间就被称做三维空间（立方体）。以此继续推论，即高维空间是由于低维空间的极点分别分裂而形成的。那么，四维空间就一定是三维空间的八个极点分别分裂而成的；即拥有2×8个极点和2×12+8条边线。观察这个四维的模型会发现，在任意一组平行线段的两端都连接着两个形状一模一样的三维立方体，就像在立方体的每组平行线段的两端都有一对形状一样的正方型一样，也就是说，每组平行线段都是等价的和可以互换的。 2.2四维方体的基本性质及N维方体顶点、边棱计算公式再观察，又发现，在这个模型中，每个极点均连接着四条方向不同的线段，没有一个方向是重合的。也没有一个极点所连接的四个方向和其他某极点上四个方向都一致。这说明每个极点都有自己的独立性，是不可或缺的。学过二进制的人都知道一组四个权位的二进制数字只有十六个。也就是说，十六个极点对于四维空间来说已经饱和了，也不可能会多或少一两个。反过来推理，三维空间有8个极点，是不是也是不可多也不可少呢？我们有权利和义务对已知或已经确认的观点进行怀疑。有三个权位的二进制数总共只有八个，如果这是可以怀疑的，那我们就应该去怀疑数学，因为二进制可以说是数学的根本，而数学又是宇宙的根本，那么宇宙也就将失去意义。所以我认为这是真真切切的事实。同理，二维空间有四个极点，也足以说明这个事实。一维空间有两个极点。这样，我们就会发现空间的极点数目就是二进制相应权位的数字的数目。即F=2N，其中N是相应空间的维数， F是相应空间极点（卦限）的数目。我们可以算出相应空间极点的数目，也可以用分裂的方法算出相应空间边线的数目。当上一维空间通过分裂变化成下一维空间时，首先是上一维空间的边线数目翻倍，再加上新诞生的一组平行线的数目（和前一维空间的极点数目相同），也就是：G=B×2+2N-1，其中N为相应空间的维数，G为相应空间的边线数目,B为相应空间的前一维（N-1维）空间的边线的数目。进一步观察发现，在N维空间中，共有N组每组数目均为2N-1的平行线段。所以G又=2N-1N，即G= B×2+2N-1=2N-1N。利用这种方法还能够算出某维的侧面数目及边体及N维体（N>3,N3,N

千问 · 2018-8-3 11:36:33

四维空间是什么？

千问 · 2018-8-3 11:36:33

什么是四维空间？

千问 · 2018-8-3 11:36:33

据科学家猜想四维空间是三维空间的无限叠加再加上时间构成另外四维空间内的生物将会了解自己所有的发展轨迹而且超弦理论认为世界是由10维空间加时间构成其中七维都蜷缩在普朗克微观尺度上人如果进入四维空间就会像克莱因瓶一样没有内外

千问 · 2018-8-3 11:36:33

爱因斯坦认为4维空间是三维立体空间加一维的时间组成四位空间现在观点认为四维空间是三维立体空间加整个三维立体坐标系的移动从而构成4维四维仍然是空间不代表里面有时间的概念。存在多个三维空间坐标系的一个大空间就是四维空间。

千问 · 2018-8-3 11:36:33

就是在三维空间的基础上把“时间”这个要素加上

千问 · 2018-8-3 11:36:33

你在匀速水平直线运动的火车上，建立一个直角坐标系，当你用X、Y、Z来描述一个点时，这个点在地面看就是一条直线，只有加上T（时间）才是一个点。四维空间就是我们通常的三维空间在加上时间。

千问 · 2018-8-3 11:36:33

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。这是爱因斯坦在《广义相对论》和《狭义相对论》中提到的。零维是点，一维是线，二维是面，三维是静态空间，四维是动态空间（因为有了时间），当然这只是一种说法，并不是说第四维就是时间。