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科學家所謂第四維空間是什麼

圖文 更新时间:2025-01-16 03:49:30

當年3D電影剛剛出現的時候,大家都感覺十分新奇,畢竟曾經生活在平面上的人物竟然能看起來這麼立體

在多年的發展之下,3D電影已經不再稀奇了,許多城市商圈的街頭甚至出現了更加逼真、令人啧啧稱奇的裸眼3D

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裸眼3D

可見,3維的世界已經讓大家十分着迷了,而當德國數學家證明4維空間真實存在之後,一直生活在3維當中的人們便十分好奇,4維空間到底是什麼樣的,當人進入其中又會變成啥?

黎曼幾何與相對論

首先我們來聊聊是誰發現了四維空間的存在。

在1854年時,一名叫做黎曼的德國數學家發表了《論作為幾何學基礎的假設》的文章,正式創立了黎曼幾何。黎曼幾何高度概括了當時非歐幾何的成果,使得非歐幾何漸漸被人們接受。

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黎曼

作為數學王子高斯的得意門生,黎曼不僅繼承了自己老師在曲面内在微分幾何當中的研究,還将曲面的概念擴展到了流形上,對此前的理論實現了超越。

在成功引入流形之後,黎曼的“格局”一下就打開了,直接跳出了三維空間的桎梏,為高維幾何的研究和發展鋪平了道路。

根據曲面上弧長的計算公式,就可以建立起内蘊幾何。

而黎曼在上文提到的文章中做出了全新的假設,即把二維曲面擴展為“n維流形”,并且将該公式當中的系數擴展成了“黎曼度規”,以此來進行計算和丈量。并且也通過這種創新的論證,證實了空間不止是人們看見的三維。

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n維流形

總之,黎曼幾何不僅豐富了“曲率”的概念,還因為黎曼度規的應付,使得黎曼幾何完全不同于歐式幾何,成為了更“局部”的幾何。

在這種情況下,大家研究空間中任何一塊地方,都能從而推導定義出整個空間的概念。

其次,黎曼幾何不僅局限于數學,他還進行了相關的物理實驗,将二者聯系在了一起。

并且給出了影響愛因斯坦的預言,即“或者現實的空間是離散的流形,或者在作用于流形的束縛力下, 必須在流形之外尋找決定度量關系的基礎”。

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黎曼幾何的局部

愛因斯坦建立廣義相對論的時候,就受到了黎曼幾何的啟發,并且引入了它,解釋了四維空間當中的幾何結構和物質分布運動是存在“密切聯系”的。

可見,黎曼對于相對論的貢獻非常大,同時對人們更深入探究四維空間也提供了理論基礎。

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愛因斯坦受到的啟發

不過,以咱們三維的視角,其實很難理解四維空間的樣子。隻能展開想象,再以一些現實的理論為依據做出猜測。

當人進入四維空間

我們對高維空間的想象,其實大部分源于對現有維度以及低維度的認識。像一維就是一條線,二維就是隻有長和寬連接的平面世界。三維世界則有了立體的概念,也正是這種情況讓我們看萬物更加鮮活。

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各個維度

至于四維空間的狀況,許多科學家認為第四個維度應該就是人們覺得無法挽留和把握的“時間”。在四維空間當中,時間的流動也變成了“具體”的。

實在無法想象出這種情況的人,可以以《星際穿越》當中男主在進入多維空間後,看到的“明确時間軸”為樣本。

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《星際穿越》劇照

因此,四維空間當中可能有以時間為基本坐标的存在

那麼,作為三維生物的人在進入四維空間之後,首先就需要經曆“坐标重組”的折磨。至于這個重組的過程中,四維會将三維物體改造成什麼模樣,是我們無法預測的。

以将二維生物的“紙片”狀變成三維立體的現狀來看,這種變化肯定不好受。在經曆重組之後,恐怕就不能再被稱之為人了。

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經曆“重組”

不過,如果能夠順利地扛過重組,那麼人将會清晰地感受到“時間”的存在。在三維世界中隻能朝着一個方向流逝的時間,在那時就有了“方向”,成為了具體的東西。

值得一提的是,就算人類進入四維空間之後真的能感受到時間的變化,也無法如想象中那樣随意“操控”。

因為就算被重組,我們的認知也不會驟然提升到四維的高度。在這種情況下,就極有可能出現,你看到或者感知到一些不同尋常的存在,卻無法“理解”它們。

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維度不同,認知受限

這一點就像是螞蟻看人類世界的高樓大廈一樣,生活在街道旁蟻丘當中的螞蟻永遠都無法理解人類在忙活什麼,高樓大廈是什麼。因此屬于三維生物的人類,看四維空間的事情時,就會出現和螞蟻一樣“迷茫”的情況。

可是人類就喜歡挑戰不可能,所以哪怕明白存在“降維打擊”這種殘酷的情況,科學家依舊想從多維空間中探索出更多的自然科學,并且想讓這些科學服務于咱們所處的三維空間。

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發揮“想象”

多維空間中自然科學的探索

首先,咱們需要了解一下,所謂多維空間的進入方法。

按照愛因斯坦《相對論引論》當中的描述來看,質量在接近光速的時候才會發生變化。所以答案很明顯了,隻有速度達到光速或者是絕對接近光速時,咱們才有可能進入四維空間。

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光速飛行是先決條件

四維空間當中包括了無數的三維空間,并且每個維都是相互垂直的存在,在這裡質量的穿越相對自由。簡單來說,我們人生當中每個年齡段經曆的場景和事件就是擁擠在四維空間當中的組成部分。

三維空間中你無法循着事件回溯過去,但到了四維空間中卻能夠輕松做到。當然,從某種角度來說,那時的你也已經不再是“人”了,而是更高級的四維生物。

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三維空間和四維空間的區别

其次,如果人類一直想象下去,不僅是四維空間,五維、六維甚至是十維空間都是有可能存在的,這裡面的維度指标可能會變成信息維、意識維等等。

如果人類能夠進入其中并認識到這一問題,那麼就說明我們出現了“進化”。這個進化當然不是指某些器官發生了進化,而是指生命進入了更高級的狀态。

換句話說,現在的你需要以三維的“軀體”為載體活着,而到了以意識為維度的更高維度的空間當中,軀體就消失了,所有人都以“意識”的形态存在。

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以意識的方式存在

這樣來看的話,許多宗教當中所說的靈魂歸處或者說飛升,應該就指的是進入更高維度的空間。這意味着三維空間當中的你雖然“死”了,但是在更高維度的空間當中,你卻活着。

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宗教中的“修煉飛升”

科學家認為多維空間的研究有利于人們更科學地把握物質規律,甚至找到所謂的大一統理論。持續研究将會帶給我們層出不窮的啟發,指引着生命和文明朝着更高級的方向走去。

不過,就算未來我們能夠在多個維度的空間中穿梭,也要在實行這種行動之前做好萬全的準備。

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多維時空

穿梭空間的準備

别看電影中人們在各個維度的空間中來去自如,十分自在。但以現實來說,可沒有這麼簡單。大家可能覺得穿越到四維空間或者高維空間很難想象,那我們就用抵達低維空間來舉例。

當屬于三維世界的人類進入隻有平面的二維世界會發生什麼呢?

你會感受到本來立體的你開始慢慢地紙片化,而這個過程中你體内的器官等部分會經曆怎樣“扁平化”的擠壓就顯而易見了。

所以,别瞧不起低維空間,如果進入其中意味着要被同化,那麼低維空間相較于高維空間來說,對人類身體上的改造和傷害可能會更加明顯

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被二維空間壓縮成“紙片人”

至于進入高維空間,可能要做得更多的就是心理建設了。畢竟到那裡,人依舊有可能出現,看得到其他維度坐标,卻依舊無法動彈的情況。那時的我們,大抵會被困在高維的時間長河中“長生不老”吧。

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