事情是這樣的,這周我給學生講3dmax的課。為了讓學生了解三視圖我就順便科普了一下什麼是零維、一維、二維、三維空間。講完不過癮,感覺一支粉筆一塊黑板講維度是一件很爽的事情,那麼.........
接下來請同學們打開腦洞,看我用一支筆幾張紙來為同學們展開從零維空間到十維空間之旅吧!
聲明:本文中的理論均依據弦理論物理的知識,結合簡單的圖示和通俗的道理來解釋,不是信口開河,具有科學依據。
零維
讓我們從一個點開始,和我們幾何意義上的點一樣,它沒有大小、沒有維度。它只是被想像出來的、作為標誌一個位置的點。
它什麼也沒有,空間、時間通通不存在,這就是零維度。
一維空間
好的,理解了零維之後我們開始一維空間。已經存在了一個點,我們再畫一個點。兩點之間連一條線。噔噔噔!一維空間誕生了!我們創造了空間!
一維空間只有長度,沒有寬度和深度。
二維空間
我們擁有了一條線,也就是擁有了一維空間。如何升級到二維呢?很簡單,再畫一條線,穿過原先的這條線,我麼就有了二維空間,二維空間裡的物體有寬度和長度,但是沒有深度。你可以試一試,在紙上畫一個長方形,長方形內部就是一個二維空間。
這裡,為了幫助大家方便理解高維度的空間,我們用兩條相交的線段來表示二維空間。
為了向更高的維度前進,現在我們現在來想像一下二維世界裡的生物。
因為二維空間沒有深度(也可以理解成厚度),只有長度與寬度,我們就可以將它理解成「紙片人」,或者是撲克牌K.J.A Q裡的畫像。
因為維度的局限,這個可憐的二維生物也只能看到二維的形狀。如果讓它去看一個三維的球體,那麼他只能看到的是這個球體的截面,也就是一個圓。
三維空間
三維空間大家肯定熟悉,我們無時無刻都生活在三維空間中。三維空間有長度、寬度與高度。
但是,我要用另一種思維來表達三維空間,只有這樣,才可以向更高維度推進。
好,現在我們有一張報紙,上面有一隻螞蟻。我們就姑且把螞蟻君看作是「二維生物」,我在二維的紙面上移動。如果要讓他從紙的一邊爬到另一邊,則螞蟻君需要走過整個紙張。
但是我們把這張紙捲起來呢?成為一個圓柱,一個三維空間裡的物體;這時螞蟻君只需要走過接縫的位置,就到達了目的地。(對了!就是傳說中的蟲洞)
換句話說,把二維空間彎曲,就得到了三維空間,我們就可以這樣來表達。
再解釋一遍,在這個圖示上,螞蟻從A點消失,B點出現,你們想想,就是這意思,捲曲產生新的維度!
好了,開始進入燒腦階段!
前三個維度我們可以簡單理解成長、寬、高。那麼我們怎麼理解四維空間?