真的有四維空間嗎

2022-02-19 19:46:19 字數 4480 閱讀 2646

1樓:

有的,我們現在生活的世界就是四維。

零維:是一個無限小的點,沒有長寬高,沒有時間。就是一個單純的孤立點。

一維:指的是一條線,在理解上即為左-右一個方向,也可理解為點動成線,指沒有面積與體積的物體。

二維:在一個平面上的內容就是二維。 二維即左右、上下兩個方向,不存在前後。

在一張紙上的內容就可以看做成是二維。 即只有面積,沒有體積。二維是平面技術的一種,例如普通的平面動漫,稱之為二維動漫、簡稱二維。

(富有立體感的是三維)。另外,腦海裡的想象也可看做二維。

三維:通常我們說的三維是指在平面二維繫中又加入了一個方向向量構成的空間系。三維既是座標軸的三個軸,即x軸、y軸、z軸,其中x表示左右空間,y表示上下空間,z表示前後空間,這樣就形成了人的視覺立體感。

三維是由和一維二維組成的,二維即只存在兩個方向的交錯,將一個二維和一個一維疊合在一起就得到了三維。三維具有立體性,但我們俗語常說的前後,左右,上下都只是相對於觀察的視點來說。沒有絕對的前後,左右,上下。

四維:物理學中以維度來形容時空座標的數目,四維即四個維度,它是由無數個三維組成的,而三維是由無數個二維組成的。其他高維度的組成方式以此類推。三維以上的維度統稱高維度。

總的來說四維就是在三維的基礎上增加了時間。

2樓:匿名使用者

【四維空間概念】

四維空間是一個時空的概念。簡單來說,任何具有四維的空間都可以被稱為「四維空間」。不過,日常生活所提及的「四維空間」,大多數都是指愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的「四維時空」概念。

根據愛因斯坦的概念,我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關係,是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸,而這條時間的軸是一條虛數值的軸。

根據愛因斯坦相對論所說:我們生活中所面對的三維空間加上時間構成所謂四維空間。由於我們在地球上所感覺到的時間很慢,所以不會明顯的感覺到四維空間的存在,但一旦登上宇宙飛船或到達宇宙之中,使本身所在參照系的速度開始變快或開始接近光速時,我們能對比的找到時間的變化。

如果你在時速接近光速的飛船裡航行,你的生命會比在地球上的人要長很多。這裡有一種勢場所在,物質的能量會隨著速度的改變而改變。所以時間的變化及對比是以物質的速度為參照系的。

這就是時間為什麼是四維空間的要素之一。

【解析四維空間】

什麼是四維?現在的說法是三維空間加上時間這一維,構成所謂的四維空間。然而,這種說法是一擊即破的。為什麼?

我們可以從二維來考慮。一個二維生物(如果有的話),他們考慮所謂的三維空間絕對和我們的三維空間不同——他們會把時間作為第三維,因為他們無法感受這一維的存在。同樣,我們現在也走進了這個誤區,把時間算做第四維。

可能四維生物看到我們在宣揚這種思想時,也在為我們嘆息。那麼時間算不算一維?在我看來,時間應該是一維,即在多維生物本身的維度之外再加一維,構成新的n+1維空間,而且這樣也有助於幫我們解決一些問題,也可以使我們對比三維維度更高的空間加深認識。

有一個更新的構想,即所有的維度都是由時間構成,沒有時間,就沒有空間,包括最基本的一維空間。這應該好理解,因為沒有時間,空間本身的存在就沒有任何意義,因為時空本身就是不能分割的整體。那麼,為什麼一種時間可以形成不同的維度空間?

這裡,我們可以把時間看成是一種可以分解的常量。時間可以分解,這一句話理解起來可能有點困難。但是,只要想通了道理也是很簡單的。

要明白這個道理,首先必須瞭解兩點。第一是時空的不可分性,這一點估計大家都明白,離開了空間談時間,或者離開了時間談空間,都是毫無意義的。第二點是時間的多樣性,這一點了解起來可能有一點麻煩。

在日常生活中,我們接觸到的都是時間的合成體,也就是各個分時間有機結合形成的一個總的時間體系。可能你們會覺得我是在狡辯,其實不是。只要你們換一個角度去想,一個結果,可能是幾個不同的原因形成的。

就拿運動來說,我們觀察到的一般都是幾個不同運動產生的一種運動的結合體,即合運動。關於時間,我們也可以這樣去想。我們看到的時間結合體,可以是由物體運動的時間,歷史時間(即經歷時間)和其他的一些時間構成。

而運動時間,我們又可以看成由上下運動的時間,左右運動的時間和前後運動的時間。當然,劃分方法是多樣的,這就構成了時間的多樣性,至於如何去劃分,這就要由不同的情況而定。一部分時間對應一段空間。

在這個不完整的空間裡,時間起到了決定性的作用。

我們之所以是三維生物,是以為這個維度的空間裡只存在三維的時間。時間的不完整決定了空間的不完整。我們不能認識其他維度的空間,是因為我們不具備在那個空間裡面運動的時間。

時間的多樣性決定的空間的多樣性。同時,因為時間的不同分解方式,註定了我們的三維空間也是相對的,它可以被命名為一維,二維,甚至是任意維——完全取決於不同的分解方式。時間是決定維度的關鍵,同時,它也是決定低維物體高維存在方式的關鍵。

讓我們看看科學上的說法:低維是空間上讀缺陷,它們不具備在高維世界內運動的空間。關於這一點,有一個疑問,那就是我們怎麼可以發現這個缺陷。

我們認為的低維不存在某一個空間長度,是因為我們無法確定它有那一個長度,也就是我們現在用最好的裝置也無法觀察到那一個長度差。那麼,將來呢?我們現在無法認證,可能將來會有人證明那個低維物體確實屬於高維。

因此,低維與高維並不存在所謂的空間差。那麼,我們如何區別高維與低維?很簡單,用時間。

用時間去解釋任何一個緯度空間,我們也可以認為,低維之所以比高維低階,是因為它們存在時間上的缺陷,它們無法在時間範疇內感受高維的存在。所以,我們要去了解低維或者高維,先要知道它們存在的時間範圍。高維與低維之間可以實現轉化,道理是很簡單的,只要加入或者去掉一個時間單位就可以了。

然而說起來很容易,做起來卻很複雜,我們對時間的概念都是如此模糊,要想在空間範圍類實現時間的轉化就更困難。

對四維空間,一般人可能只是認為在長、寬、高的軸上,再加上一根時間軸,但對於其具體情況,大部分的人仍知之甚少。有一位專家曾打過一個比方:讓我們先假設一些生活在二維空間的扁片人,他們只有平面概念。

假如要將一個二維扁片人關起來,只消用線在他四周畫一個圈即可,這樣一來,在二維空間的範圍內,他無論如何也走不出這個圈。現在我們這些生活在三維空間的人對其進行「干涉」。我們只需從第三個方向(即從表示高度的那跟軸的方向),將二維人從圈中取出,再放回二維空間的其他地方即可。

對我們這些三維人而言,四維空間的情況就與上述解釋十分類似。如果我們能克服四維空間,那麼,在瞬間跨越三維空間的距離也不是不可能。

四維空間的錯誤

我們先來看下什麼是四維空間:根據愛因斯坦的概念,我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關係,是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸,而這條時間的軸是一條虛數值的軸。

三維空間的長、寬、高三條軸是說明在三維空間中的物體相對原點o的距離關係,僅僅是距離關係而已,無論其為正負都實存在。

三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸,是三條距離加一時間關係,這離就錯了,相對原點o的距離關係構造了一個正三維圖形,在三維圖形上加一個時間,就變的不倫不類,就好比往化學反應方程中加標點符號般,所以時間間軸應從空間軸中剝離出,三維空間沒錯,只不過三維空間是個靜態空間,距離關係所能構成的極限也就是三維靜態空間了。

【時空為何是四維的】

正宗的維數研究方法通常離不開人存在原理。譬如講,如果空間是兩維的,則兩維動物則不能正常消化。如果空間是四維以上,則世界就會精彩得多。

如果我們是四維空間的動物,則彭加萊關於三維球的猜想則不應該是世紀難題。可惜多餘三維的空間是萬有引力和靜電力隨距離的變化比三維中更劇烈,使得小至原子核的電子,大至太陽系中的行星給到不再穩定,很快就以旋渦的方式向遠處飛離或者撞到中心上。

許多人不能接受人存在原理,認為他和科學傳統相違背。科學的方法是從第一原理出發,把萬物甚至觀察者全推出來。人存在原理卻是從觀察者存在的條件把宇宙推出來,他們正好處與相反的兩級。

霍金認為宇宙的邊界條件是他沒有邊界。用卡魯查-克萊因模型論述,時空本事高維的,而我們之所以感到它是四維的,那是因為額外維都被捲去到我們無法觀察到的小尺寸去,比如普朗克尺度。正如一根頭髮的表面雖然是二維的,但是粗看之下,只剩下頭髮長度那一維一樣。

人們稱感覺到的空間為外空間,覺察不到的為內空間。時間是外空間中的一維。

在用量子宇宙學研究時空維數的濟起源時,必須避免人為的調節卡魯查-克萊因的總維數,以得到需要的外空間維數。因為人為的調節會陷入邏輯迴圈,這種做法是你想得到多少維的空間都能如願。因此,可用的卡魯查-克萊因模型其總維數必須是由第一原理推出的。

十一維的超引力模型便由第一原理推出的。自然界也許存在一種所謂的超對稱。

2023年弗隆德和魯賓發現了一個十一維超引力的非常美麗的宇宙模型,期內空間是七維球,外空間是四維球。但在經典的框架中,人們無法證明不存在具有其他維數的外時空的解。

在量子宇宙學中,瞬子是宇宙創世的籽。瞬子是愛因斯塔方程和其他場方程的解,其中時間和空間座標不能區分。十一維超引力的創生宇宙的瞬子必須是四維球和七維球空間兩個因子空間的乘積。

時間若包圍在四維中,四維時空隨後便演化成我們生活中的並感覺到四維的巨集觀宇宙,否則外時空便是七維的。

在帶電荷的黑洞創生場景中,宇宙波函式要使用正確的表象,才能算出創生的概率。因為規則瞬子是非常稀罕的,所以研究一般黑洞的創生,必須引進約束引力的概念。找到正確表象不僅對於帶電荷而且對於旋轉黑洞的波函式至關重要。

從同一瞬子出發,在選擇正確的表象後,時間在四維球中的創生概率遠遠大於時間在七維流形中的概率。因此,在量子宇宙學中證明了外時空必須是四維的。

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