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什麼是一維度2維度三維度4維度

生活 更新时间:2025-02-11 14:53:01

正如你可能已經注意到的,我們生活在一個由三個空間維度和一個時間維度定義的世界裡。換句話說,在任何給定的時刻,隻要用三個數字就能确定你的實際位置。在地球上,這些坐标分為經度、緯度和海拔,代表長度、寬度和高度(或深度)。在這些坐标上打上時間戳,你也會被定位在時間上。

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基本空間維度?(網絡圖)

如果把它進一步剝離,一維的世界就像測量過的線上的一顆珠子。你可以把珠子向前滑動,也可以把珠子向後滑動,但是你隻需要一個數字就能知道它在線上的确切位置:長度。珠在哪裡?它的長度為15厘米。

現在讓我們升級到二維世界這本質上是一個平面地圖,就像戰場上的戰鬥,如戰列艦或國際象棋。你隻需要長度和寬度來确定位置。在戰列艦中,比如你所要做的就是說“E5”,你就知道位置是水平“E”線和垂直“5”線的集合。

現在我們再增加一個維度。我們的世界将高度(深度)考慮在内。在戰艦上定位潛艇的确切位置隻需要兩個數字,而現實生活中的潛艇需要第三個深度坐标。當然,它可能在海面上沖鋒,但也可能隐藏在800英尺(244米)的水下。這将是什麼?

是否有第四空間維度?這是個棘手的問題,因為我們目前無法感知或測量任何超出長度、寬度和高度的東西。正如在三維世界中定位一個位置需要三個數字,一個四維的世界需要四個

此時此刻,你可能處于特定的經度、緯度和高度。向你的左邊走一點,你就會改變經度或緯度,或者兩者兼而有之。站在同一地點的椅子上,你就會改變你的高度。這就是困難的地方:你能在不改變經度、緯度和高度的情況下從當前位置移動嗎?你不能,因為沒有第四個空間維度讓我們移動。

但是即使我們不能在第四個空間維度裡移動或感知一個人并不一定排除它的存在。1919年,數學家特奧多爾·卡魯紮(Theodor Kaluza)提出,第四空間維度可能與廣義相對論和電磁理論聯系在一起。但是它會去哪裡呢?理論物理學家奧斯卡·克萊恩(Oskar Klein)後來修正了這一理論,提出第四維度僅僅是卷曲的,而其他三個空間維度則是延展的。換句話說,第四維空間是存在的,隻是它被卷起而看不見,有點像一個完全縮回的卷尺。而且,這意味着我們三維世界中的每一個點都将會有一個額外的第四空間維度卷繞在裡面。

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四維給卷起來了?(網絡圖)

然而,弦理論學家需要一個稍微複雜一點的視角來支持他們關于宇宙的超弦理論。事實上,很容易就會認為他們在提出包括時間在内的10或11個維度時有點炫耀。

等等,别讓這讓你的大腦崩潰。想象這一點的一種方式是想象我們的三維世界的每一個點都不是一個縮回的卷尺,而是一個彎曲的,六維的幾何形狀。其中一個例子是Calabi-Yau(卡拉比-丘)形狀,它看起來有點像軟體動物、埃舍爾的繪畫和《星際旅行》(星際旅行)的節日裝飾品。

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卡拉比-丘流形動态模拟~(網絡圖)

你可以這樣想:混凝土牆從遠處看起來堅實牢固。然而,走近一點,你就會看到标記它表面的凹痕和洞。再靠近一點,你會發現它是由分子和原子組成的。或者考慮一根纜繩:從遠處看,它似乎是一條粗短的線。靠近它,你會發現它是由無數的線織成的。總有比表面看起來更複雜的東西,而這種隐藏的複雜性很可能會隐藏所有這些微小的、卷起的維度。

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其他維度隐藏起來了?(網絡圖)

​ 然而,我們隻能确定我們的三個空間維度和一個時間維度。如果還有其他維度等着我們,那麼它們就超出了我們有限的感知範圍——就目前而言。

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