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回顧:數學家證明4維空間真實存在,進入4維空間後,人類會變成啥?

2024-10-20科學

綜述

你有聽說過四維空間嗎?

茫茫宇宙中存在著許多令人驚嘆的天文現象,人類一直以來也在不斷對宇宙發起探索,有些天文現象有些遠遠超出了人們所能認知的範圍。

在電影【星際穿越】中,就曾經提到過一種神奇的天文現象,那便是 四維空間 。電影中的四維空間幫助主角成功在黑洞中存活下來,且主角也在四維空間中,如同觀看影片一般看到女兒不同時間段的成長。

那麽真實的四維空間是怎樣的呢?人類進入四維空間後究竟會發生什麽? 其實早在1854年,黎曼就曾利用自己所研發的理論為人們揭示過關於四維空間的秘密。

黎曼幾何

黎曼是歷史上一位著名的數學家,他於1826年出生於德國的一個小鎮。

黎曼小時候體弱多病,且並不愛說話,在外人看來,他是一個極其「古怪」的孩子。 但是在黎曼的成長過程中,展示出了非同尋常的智力。

在1846年,黎曼進入哥廷根大學學習,主修的科目為神學和哲學。但是在此期間,黎曼總會去到一些數學講座聽講。富有邏輯且靈巧的數學一下子引起黎曼的極大興趣,在征求父親的意見後,黎曼後來改修數學。

數學鄰域,黎曼展示出了極高的天賦,並且創造了後期著名的黎曼幾何。

黎曼幾何最初是於1854年提出的,當時黎曼發表了一本名為【論作為幾何學基礎的假設】的文章,此後,黎曼幾何便出現在人類歷史上。

在黎曼幾何當中,有著對非歐幾何的高度概括,所以黎曼幾何也幫助非歐幾何為人們所接受,讓大眾了解非歐幾何。

而黎曼幾何理論同樣也受到黎曼的恩師,「數學王子」高斯的影響。

黎曼在繼承高斯於曲面內在微分幾何的基礎上, 同時也將曲面概念拓展到了流形上。

在引入流形概念後, 黎曼便一下子跳出原有的三維空間概念,為後續證實四維空間存在打下了基礎。

黎曼在文章中做出了全新的假設, 將原有的二維曲面拓展成「n維流形」。 這樣一來,原有的公式系數也被拓展為「黎曼度規」。

透過全新的計算方式,黎曼證實了在宇宙空間中, 其實不僅僅只存在我們所知道的三維空間,實質上,人們完全可以往多維空間思考。

黎曼幾何為後續人們深入探究四維空間提供了重要的理論基礎。 就如同我們所熟知的 愛因斯坦的廣義相對論, 便受到黎曼幾何的啟發。在黎曼幾何的基礎上,愛因斯坦進一步闡述了對於四維空間甚至多維空間的暢想,為後續人們繼續研究多維空間又推進一大步。

四維空間是怎樣的?

由於科技受限,我們目前無法去到真正的四維空間, 只能透過理論推算來想象四維空間是怎樣的。

對於人類來說,四維空間在字面意義上只是比三維空間多了一個維度。但是如果想要真正去到四維空間且理解四維空間,對我們來說都是極其困難的。

在傳統的認知當中,四維空間被認作為「運動的三維空間」。 按照理論來看,如果每增加一個維度,就會多一個相互垂直的線條。那麽一維就只存在一條直線,且這條直線會無限延長。二維就是在一維基礎上,增加線條變成平面,三維空間則是在二維基礎上由長寬高所組成的全新空間。

如果將三維空間認為是由兩兩垂直的長寬高組成的空間,那麽四維空間便會在此基礎上,再增加一個相互垂直的線條,成為一個標準的歐幾裏得空間。

這種形態的空間,我們目前只能透過數據想象出來,在人類的認知中,想要完全理解這種空間形態,還是極其困難的。

還有一點,真正的四維空間可能會更突出「時間」概念。 這裏的時間極其可能是立體的,這一點就與我們所熟知的三維空間是極為不同的。 時間在變為立體後,所發生的所有時間便會如電影般呈現在人們面前, 我們可以看到未來與過去所發生的時, 時間不再是一個理論上的東西,而是真實立體的。

如果書櫃後面陰藏的無數個時空一般

進入四維空間後會發生什麽?

人類作為三維生物,其實按照理論是無法到達四維空間的。 但如果在未來科技發達情況下,我們還是有可能會來到神秘的四維空間。

與二維生物螞蟻無法理解三維空間一樣,當我們作為三維生物來到四維空間後,這裏所發生的一切、執行的規則,也同樣會令我們無法理解。

在四維空間內,我們很可能成為「無法思考的生物」, 因為四維空間的執行規則會大大超乎我們原有的認知。

且在四維空間, 我們很可能擁有「上帝視角」, 觀看在三維空間所發生的一切,你很可能可以同時觀測到你的出生場景以及死亡結局,你的一生都會展示在你的面前。

同時,你的身體也很可能因為進入四維空間而發生奇妙的變化,因為來到一個全新維度的空間, 你很可能因為要適應四維空間,遭受痛苦的身體重組。

人類探索宇宙腳步永不停歇

雖然截至目前為止,我們對於四維空間的探索還只是停留在理論證實階段。

但是人類對於宇宙的探索是永不停歇的, 隨著科技一日一日的進步,相信在未來,我們會破解多維空間的秘密,去往更神奇的維度空間。