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回顧:4維空間被證實是存在的?如果人類進入4維空間,會變成什麽?

2024-10-18科學

綜述

三維這個詞我們聽說過很多次,它在我們的日常生活中也確實有很多的套用,更準確地說我們所生存的這個世界都是 三維結構

與之形成對比的是二維、一緯這樣的概念,這兩者也很好理解, 前者就是平面,後者就是特定的線條 ,那麽 四維又是怎麽回事呢

它是不是真地存在,人類又是否能夠進入其中呢?

維度研究

事實上,除了這幾種維度,還有許多更復雜的結構,比如 五維、七維 等等,不過對於人類來說, 四維是一個重要的節點 ,要想理解那些更高的維度,就要先理解四維。

不過就目前的科學而言,對四維的討論還停留在理論的階段,從理性思考的層面上,它確實有著非常重要的意義,而 在現實套用的層面,還有一個無法征服的鴻溝。

要了解四維,首先要對維度的理論發展有一個簡單的認識,其實很多關註空間建構議題的科學家很早就開始了對空間維度的探究,但是也只能在三維現實的基礎上做出一些猜想,在很長的一段時間裏都沒有建立起研究體系和方法.。

直到19世紀的德國,一個名叫 伯恩哈德·黎曼 的數學家正式提出了自己的研究大綱。

這其實並不是第一次有人嘗試從數學的角度切入維度研究,之所以到了伯恩哈德·黎曼才出現成形的體系,是因為有了前人所做的工作作為鋪墊,所謂站在巨人的肩膀上正是這個意思,而 黎曼的巨人就是高斯

這位享譽世界的數學大牛最傑出的成果之一就是對 曲面微積分 的研究。黎曼正是受到這個理論的啟發,才有了新的想法。

當然,黎曼自己的研究也成為了後來科學家進一步探索的基礎,其中最著名的就是 愛因史坦

透過對黎曼空間這一概念的借鑒和改造,愛因史坦完善了廣義相對論的內容,尤其是其中與空間維度相關的部份,按照愛因史坦提出的觀點, 以四維空間為代表的高維空間也許並不存在於地球這樣的星體上 但是宇宙的某個領域當中,它們極有可能是客觀存在的。

可惜人類本身就是三維生物,並且生活在一個三維世界當中,對一般人而言,四維空間最多只能在認知當中進行理解,甚至在許多科幻題材的文學和影視中,我們能夠表現四維空間的方法也是非常有限的,最多就是一些側面的描繪。

比如人類進入其中後發生了一些異常狀況,或者就是一些非常表面呈現,比如失真的扭曲的空間結構等等,那麽四維空間到底是什麽樣的呢?

四維空間

直觀上看, 四維就比三維多了一維 ,但是對我們來說,添上這一維卻是極為艱難的,要從三維走向四維,幾乎需要先完成一次思維方式的跳躍,常規說的三維,也就是長寬高是非常容易理解的,那麽在此之外還可以加上什麽內容呢?

如果無法想象與長寬高同樣性質的量度,那麽只能先走出空間的範疇,思考一些其他的可能。

比如有一種流行於民間的說法就認為,所謂的 第四維就是時間 ,也就是把物體的運動也納入到對空間的描述中,從客觀事實來看,這種說法似乎有一定的道理。

因為宇宙當中不存在絕對靜止的事物,任何物體要麽是正在運動,要麽就是處在相對靜止的狀態,可以說, 這個量度是三維空間事物本身就具備的性質

當然,我們在用三維來進行描述的時候,一般不會特別討論這個層面的內容,如果 所謂的四維空間指的就是處在運動狀態的三維空間 ,那麽我們應該如何在二者之間進行區分呢?

看上去 三維空間和四維空間似乎也沒有什麽太大的區別 ,如果從這個角度來看,把時間作為第四個量度的想法就會讓討論走入死胡同。

事實上這也確實是一種缺乏科學依據的理解,因為維度仍然是一種描述空間結構的概念,引入時間只會造成認知上的混淆,不能幫助我們找到最後的答案,那麽科學家是怎麽說的呢?

如果 說要在長寬高這三個方向之外再引入一個新的量度,那麽它應該像這三個量度一樣,和彼此兩兩垂直。

盡管在我們的圖紙和施工中找不到這個量度,但是在理論上是可以完成這個設想的。

結語

對於生活在三維世界的人類來說,我們也只能站在三維的這一頭,在認知上走進所謂的四維空間,如果有一天四維空間真的在宇宙的某個角落被發現,大機率也是人類無法靠近的所在。

或者反過來想,其中也許有著和我們截然不同的四維存在,四維生物之類的,我們同它們的關系可能就像平行宇宙一樣,永遠沒有相交的點。