如何通俗理解?它與四維時空有何聯繫與不同?

2021-01-12 菜葉科普

不知道大家能不能想像得到,根據我們三維空間人的形態,我們可以想像在一個空間裡能夠同時看到你的外表、大腦、內臟、血液、細胞,甚至基因。而且又是一個完整的個體。這裡就提到一個概念,維度

相信不少小夥伴們看過劉慈欣的《三體》吧,《三體》中的多維空間想必會引起許多小夥伴們的興趣,接下來就讓我們了解一下其中的四維空間吧。

最早的四維空間認知,來源於1854年,黎曼的那一場著名的哥廷根大學就職演講:論幾何的基礎。

隨後黎曼幾何動搖了歐幾裡得幾何的統治地位,成為了一門風靡全球的幾何學,並把開啟了高維空間的概念。黎曼成為了第一認為,力是空間扭曲結果的人。

而隨後,四維空間思想席捲了全球。在1910年,神秘的四維成為了家喻戶曉的談資。

簡單來說,過空間一點,能夠形成4條相互垂直的線,這樣的空間就叫做四維空間。

而就我們的日常認知來說,顯然過一點只能出現三條相互垂直的線,這是因為我們生活的空間是一個三維空間。

我們無法想像,在三個維度上還會有另外有一個維度,垂直其他三個維度。

數學上的二維空間和三維空間也都是一樣。我們只是利用了這些概念來描述我們的物理世界,確切地說,我們的宇宙不是數學上的三維空間,也不是四維空間。

我們的宇宙僅僅是具有三維空間或者四維空間的某些特性,因此我們用數學上的這些概念來理解和描述我們的宇宙。

從邏輯上說,四維空間是具有4個空間維度的空間。而以我們的科研結論來說,我們的世界中只有3個空間維度:高度、寬度和深度。顯然,我們的空間是三維空間。

當然我們可以通過三維空間來類推四維空間的一些現象,但顯然四維空間具有三維空間的生物無法感知的一個額外維度。

因此,可以將四維空間定義為具有高度、寬度、長度加上一個跟著這三個維度完全相同性質的另一個「額外維度」。

克萊因瓶解釋四維空間

克萊因瓶類似的無定向拓撲空間莫比烏斯環,它展現的是在二維空間上可以實現向任何方向運動最終都可以回到原點的性質。

但是莫比烏斯環卻只有在三維空間中才可以呈現,克萊因瓶類似可以實現在三維空間上向任何方向運動都可以回到原點。但是真正的克萊因瓶只能在四維空間中可以實現。

三維世界裡的克萊因瓶是無法裝水或東西的,它只是科學家的思想實驗。要想製造真正的克萊因瓶需要額外的一個空間維度,通過克萊因瓶可以很好的理解四維空間.

目前前沿的理論物理學,幾乎都是以高維空間的思想,來統一原有的自然定律。因為在三維空間裡,這些自然定律無法相容,甚至矛盾,而只有把它們放在高維空間之下,利用高維空間裡的超對稱性,才可以把他們融合統一。

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    本文轉載自【微信公眾號:靜境,ID:FM18848】經微信公眾號授權轉載,如需轉載與原文作者聯繫今天再給大家推薦一部電影——《星際穿越》,幫助我們更好理解高維時空的概念。在這部電影中,喬納森·諾蘭大編導利用墨菲的房間,給我們展示出來了多維空間:庫珀進入高維空間後在多個立方體中穿梭——這就是在高維下看待四維時空的一種狀態。墨菲的房間相當於我們三維空間的節點。
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