四維空間，也叫做"歐幾裡得四維空間"，是标準歐幾裡德空間，其第四維是指與x，y，z同一性質的空間維度。
在物理學和數學中，可将n個數的序列理解為一個n 維空間中的位置。當n=4時，所有這樣位置的集合就叫做四維空間。四維空間也可以定義點線面的拓撲空間。四維空間和人居住的三維空間不同，因為多了一個維度。
在人們所熟悉的三維空間裡，有三對主要方向:上下，南北，東西，這三對方向兩兩正交成直角。從數學知識來講，它們在三條不同的坐标軸，即x，y，z上。四維空間另有一對垂直于x，y，z軸的坐标軸，通常稱作w軸。
一個圖形的維數可以理解為一個人要達到這個圖形中所有的點，需要運動的所有不同方向的數目。一個點是一個零維圖形，我們從這個點出發，就已經到達了它所有的位置。一條直線是一個一維圖形，從直線的某一個點上出發，需要一個指向這個直線方向的向量來到達直線上的所有點，隻要一個向量就足夠了。一個平面是一個二維圖形，給定平面上一個起始點，至少需要兩個互不平行的向量往這條直線的"兩邊"走，才能到達這個平面上的所有點。也可以把平面理解為是許多平行線"堆積"而成的，首先沿着平行線運動，再穿過這些平行線向另一個方向運動。
三維空間，要達到空間中的某一點，我們需要前後走、兩邊走、上下移動，需要第三個向量才能到達空間中的所有點，也可以把三維空間理解成許多平行平面的堆積，要想從一點運動到另一點，可先沿着一個方向前後走，再向兩邊走，最後上下走。
四維空間，則需要四個不同方向的向量才能到達空間中的所有點。也可以認為是許多平行三維空間的堆積。要想進入四維空間，必須向一個新的方向運動，才可以達到四維空間中的每一個點，不僅需要前後、左右、上下移動，還要沿着一對新的方向運動。類似于通過研究n - 1維與n維之間的關系，來推斷n維與n 1維之間的關系。
"四維空間"經常會與愛因斯坦相對論中的"四維時空"(叫做"闵可夫斯基空間")相混淆。四維時空描述的是："宇宙是由三維空間和一維時間組成的'四維時空'"，"第四維"與其它三維性質有很大差異。導緻混淆的原因是由于相對論錯誤的科普或者是文藝作品的渲染造成的。
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