深层解读四维空间,它和三维空间的区别到底在哪?

发表于2024-04-19 10:15 384 次查看 6.6评分

先说答案,四维空间是虚构的假想概念,而三维空间是真实存在的。

我们人类就生活在三维空间里,准确来讲是四维时空,时间也是一个维度,三维空间并不能独立存在,必须与时间维度同时存在。当然,这里暂且先不讨论时间维度,仅从空间的维度讨论。

那么,四维空间到底是一个怎样的空间呢?比三维空间多出来的一个维度到底在哪里呢?

很抱歉,人类完全无法给四维空间一个明确的定义,更无法具体描述出四维空间的模样,我们甚至连想象都想象不到。毫不夸张地讲,任何声称自己能理解四维空间的人,其实本质上理解的还是三维空间,无论如何都不可能摆脱三维空间对我们思维的束缚。

原因很简单,就是因为我们是三维生物。让我们去想象四维空间的样子,就好比让我们去想象我们从来没有见过的颜色一样!试问,你能想象出你从来没有见过,或者现实中不存在的颜色吗?

你肯定想象不出来!

四维空间就如同上面所讲的颜色那样,谁都没有见过,现实中也不存在,起码在三维空间里不可能存在,你怎么可能想象出来四维空间的样子?

既然这样,是不是意味着我们无法以任何形式描述四维空间呢?

当然不是,目前对四维空间的描述,基本上都是以抽象的数学概念去描述的,当然也可以通过类比的方式,通过二维空间与三维空间的差异,试着去想象三维空间与四维空间的差异。

在数学概念里,零维就是一个体积无限小的点,当然这个点不是我们在纸上画的点,用物理学术语描述就是引力质点或者奇点,没有体积,现实中你无法描述出来,是一个抽象概念,而现实中的任何物体都是具体的。

一维就是一条线,同样的道理,这条线由于只有长度没有宽度和深度,现实中你也无法描述出来。

二维就是一个面,我们可以通俗理解为就像一张纸那样,但你肯定也知道了,纸无论有多薄,都是有厚度的,但二维没有厚度,只有长度和宽度。

而零维,一维和二维就是我们眼里的低维空间,我们的三维世界多了一个维度,深度。不要小瞧这一个维度,可以让我们的世界发生翻天覆地的变化。

现在,想象一下,如果二维空间里存在生物,它们是什么样子的呢?该如何生存呢?

方便起见,就假设二维空间里也存在人类吧,我们把这类人称之为“二维人”。而二维空间里,二维的视角里只有一个维度,看到的永远是一条线段。

也就是说,我们只需要在二维世界里画一条线,就能彻底阻挡二维人,永远无法逾越那条线。那条线其实就相当于我们三维空间密封的箱子一样,如果把你放在密封的箱子里,不准破坏箱子的情况下,你永远无法逃离箱子。

这就意味着,二维人的身体不可能有消化器官,因为消化器官就相当于一条线,会把二维人的身体分成两半。

那么,二维人或者说二维生命该如何进食呢?我们很难理解,或许他们完全没有任何进食的概念,因为即便只需要食用能量,能量其实也是有尺度的,比如说光子,即便厚度再小,也不可能在二维世界存在。

因此,我们也就不要瞎想了,二维世界的神秘性是我们无法理解的,甚至不亚于四维世界。

实际上这也是为什么我一直持有这样的观点:不要以为人类不能理解四维空间,实际上,人类也不可能理解零维,一维和二维,低维度的神秘性一点也不比高维低!

我们通常会下意识地认为,四维空间可能不存在,但低维肯定存在。其实这种想法完全没有道理,低维和高维或许都不存在,即便存在,也都是我们无法理解的。不要以为高维就是高级,低维就是低级!

但不管怎样,人类能理解的只有三维空间!我们无法理解四维空间,同样也无法理解低维空间。

在数学概念里,所谓的四维空间其实也是“欧几里得四维空间”,在三维空间的基础上增加一个维度,但没有任何人能具体描述这个多出来的维度到底在哪里,该如何存在。

或许人类能假想出四维空间的某些神奇现象,但很难给四维空间一个准确定义。

比如说,神奇的莫比乌斯环和克莱因瓶。以蚂蚁的视角来看,莫比乌斯环永远没有尽头,我们可以通俗这样理解,对于蚂蚁来讲,莫比乌斯环就是一个“四维空间”。

而克莱因瓶也是一个神奇的瓶子,这个瓶子没有内外之分,可以装进无穷无尽的水。但千万不要被市场上的克莱因瓶迷惑了,市面上卖的克莱因瓶本质来讲就是一个普通的瓶子罢了,只是看起来比较奇特。三维空间里不可能存在我们想象的那种“无敌”的克莱因瓶。

不过,我们可以尽可能想象如果四维空间里存在生物,他们会是什么样的呢?

样貌我们不敢想象,但在他们眼里,我们人类就像是二维空间里的“二维人”那样,哪怕是我们把自己放在一个绝对密闭的箱子里,四维生物也可以轻松把我们拎出来。

也就是说,不要以为你把自己反锁在家里就很安全,就没有任何人能进去了。实际上,四维生物可以自由出入你的房间,就像游戏世界里的瞬移那样,甚至比瞬移更不可思议。

四维生物甚至此时此刻就在你的身边,但你无论如何都发现不了。网络上有些猜测几年前消失的马航,可能就无意间穿越到了四维空间,虽然只是猜测,但理论上分析真有这种可能性。

当然,四维空间并不是尽头,弦理论以及之后的超弦理论或者M理论,提出了更为疯狂的11维度宇宙。我们的现实世界有四个维度,包括时间维度,其他7个维度都被卷曲在非常微小的尺度,我们很难察觉到。

物理学家们对高维度的概念非常痴迷,为什么?

因为他们发现,现实中的很多物理学难题,无法解释的宇宙之谜,或者说需要非常复杂的数学和物理过程才能解释的宇宙之谜,利用高维度思想就变得简单多了!

 

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