什麼是四維空間

2021-05-09 00:13:08 字數 4678 閱讀 6808

1樓:手握一把草

有過親身經歷的人都一致同意,置身四維空間的感覺是不可能用語言來描述的,他們甚至斷言,四維感覺是人類迄今為止所遇到的唯一一種絕對不可能用語言描述的事物。

這個類比,其實也只是進一步描述了四維感覺的不可描述。

此時,在莫沃維奇和關一帆的眼前,「藍色空間」號飛船像一幅巨集偉的巨畫舒來。他們可以一直看到艦尾,也可以一直看到艦首。他們能夠看到每一個艙室的內部,也能夠看到艙中每一個封閉容器的內部;可以看到液體在錯綜複雜的管道中流動,看到艦尾核反應堆中核聚變的火球……當然,透視原理仍然起作用,太遠就看不清楚,但一切都能看到。

沒有這種經歷的人在聽他們描述時會產生一個錯誤的印象,感覺他們是「透過」艦體看到所有的一切,事實是他們沒有「透過」什麼,一切的一切都並列在外,就像我們看一張紙上畫的圓圈,能看到圓圈內部,並沒有「透過」什麼。這種是所有層次上的,最難以描述的是固體的,竟然能夠看到固體的內部,比如艙壁或一塊金屬、一塊石頭,能看到它們所有的斷面!他們被視覺資訊的海洋淹沒了,彷彿整個宇宙的所有細節全聚集在周圍色彩斑斕地並列呈現出來。

這時,他們不得不面對一個全新的視覺現象:無限細節。在三維世界裡,人類的視覺面對的是有限細節,一個環境或事物不管多麼複雜,呈現的細節是有限的,只要用足夠的時間依次**,總能把絕大部分細節盡收眼底。

但從四維看三維時,由於三維事物在各個層次上都暴露在四維視野中,原來封閉和被遮擋的一切都平行並列出來。比如一個封閉容器,首先可以看到它內部的物體,而這些內部物體的內部也是可見的,在這無窮層次的暴露並列中,便顯露出無限的細節。在莫沃維奇和關一帆面前的飛船,雖然一切都顯露在眼前,但任何一個小範圍內的一件小東西,比如一隻水杯或一支筆,它們並列出來的細節也是無限的,視覺也接收到無限的資訊,用眼睛看時,窮盡一生也不可能看全它們在四維空間的外形。

當一個物體在所有層次上都暴露在四維時,便產生了一種令人眩暈的深度感,像一個無限巢狀的俄羅斯套娃,這時,「從果核中看到無窮」不再是一個比喻。

莫沃維奇和關一帆也相互看到了對方,還看到了旁邊的褚巖。他們看到的是並列出無限細節的人體,可以看到所有的骨骼和內臟,可以看到骨骼裡的骨髓,可以看到血液在心臟心室間的流動和瓣膜的開閉,與對方對視時,也可以清晰地看到眼球晶狀體的結構……但「並列」這個詞同樣可能引起誤解,人體各部分的物理位置並沒有任何變化,**仍然包裹著內臟和骨骼,每個人在三維世界中的熟悉形象還在,是細節的一部分,與其他無限的細節並列在一起。

當最初的眩暈過去後,莫沃維奇和關一帆又面臨著一個更大的震撼,這個感覺剛才被周圍環境的無限細節所轉移——即對空間本身的感覺,或者說是對三維之外的第四個維度的感覺,後來人們稱之為高維空間感。對於親歷過四維空間的人來說,高維空間感是最難用語言描述的,他們往往試圖這樣說明:我們在三維空間中稱之為廣闊、浩渺的這類東西,會在第四個維度上被無限重複,在那個三維世界中不存在的方向上被無限複製。

他們常常用兩面相對的鏡子來類比:這時在任何一面鏡子中都可以看到被複制的無數面鏡子,一個向深處無限延伸的鏡子長廊,如果作為類比,長廊中的每面鏡子就都是一個三維空間。或者說:

人們在三維世界中看到的廣闊浩渺,其實只是真正的廣闊浩渺的一個橫斷面。描述高維空間感的難處在於,置身於四維空間中的人們看到的空間也是均勻和空無一物的,但有一種難以言表的縱深感,這種縱深不能用距離來描述,它包含在空間的每一個點中。

————《三體》

2樓:羊福偶淑

四維空間是一個時空的概念。簡單來說,任何具有四維的空間都可以被稱為「四維空間」。不過,日常生活所提及的「四維空間」,大多數都是指愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的「四維時空」概念。

根據愛因斯坦的概念,我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關係,是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又多了一條時間軸,而這條時間的軸是一條虛數值的軸。

根據愛因斯坦相對論所說:我們生活中所面對的三維空間加上時間構成所謂四維空間。由於我們在地球上所感覺到的時間執行很慢,所以不會明顯的感覺到四維空間的存在,但一旦登上宇宙飛船或到達宇宙之中,使本身所在參照系的速度開始變快或開始接近光速時,我們能對比的找到時間的變化。

如果你在時速接近光速的飛船裡航行,你的生命會比在地球上的人要長很多。這裡有一種勢場所在,物質的能量會隨著速度的改變而改變。所以時間的變化及對比是以物質的速度為參照系的。

這就是時間為什麼是四維空間的要素之一的原因。

四維空間到底是什麼樣的?簡單說明,通俗易懂。

3樓:不是苦瓜是什麼

四維空間不同於三維空間,四維空間指的是標準歐幾里得空間,可以拓展到n維;四維時空指的是閔可夫斯基空間概念的一種誤解。人類作為三維物體可以理解四維時空(三個空間維度和一個時間維度)但無法認識以及存在於四維空間,因為人類屬於第三個空間維度生物。通常所說時間是第四維即四維時空下的時間維度。

四維空間的第四維指與x,y,z同一性質的空間維度。然而四維時空並不是標準歐幾里得空間,時間的本質是描述運動的快慢。

通過一維、二維、三維空間的演變,人們提出了關於四維空間的一些猜想。儘管這些猜想現在並不能證明是正確的,但科學理論有很多是由猜想開始的。現今科學理論一般是基於現象總結規律,而關於四維空間的現象沒有足夠準確清晰的認識,或者看到了這種現象卻並沒有想到是四維空間引起的。

可以定義可以度量的都可以有緯度。比如時間、溫度。點、線、面、時間、溫度,構成五維空間也能說的通。

當然也可以定義點線面的拓撲空間為第四維、第五維、第六維以至第n維。這在數學公式推理推導中很容易實現,但現實很難對應和想像。

四維空間的概念也可以通過解析幾何的手段來研究。在那裡我們可以利用代數方程來表示幾何概念。為了利用這個手段進行觀察以導致對四維空間的理解,我們來研究三維空間體系中的三個幾何元素——點、直線和平面的方程。

利用笛卡爾系統表示,我們可以寫出:

點的方程:ax + b = 0 (座標系:直線上的一個點)。

直線的方程:ax + by + c = 0 (座標系:平面上的兩條正交直線)。

平面的方程:ax + by + cz + d = 0 (座標系:三維空間的三個互相垂直的平面)。

從上面的研究我們可以看出:

所表示的每一個幾何元素(或空間)的方程中的變數數目,等於這個空間的維數加1。

座標系中的幾何元素與被表示的幾何空間的幾何元素的維數相同。

在這個座標系中,幾何元素的數目等於被表示的空間的維數加1。在座標系中,幾何元素的這個數目是最低要求。

用來表示幾何元素的座標系,位於比它所含有的幾何元素高一維的空間裡。

根據上述觀察,我們可以寫出三維空間的下述方程。應當注意:這個方程有四個變數(x、y、z、u)。

ax + by + cz + du + e = 0

根據這公式我們可以斷定:

1. 這個座標系的幾何元素有三維,即它們是三維空間。

2. 在這個座標系中有四個三維空間。

3. 這個座標系位於一個四維空間裡。

4樓:demon陌

給你作一個比喻,都知道平面空間是二維空間,因為它沒有深度,我們所在的三維空間的東西比如一個球體穿越二維空間。二維空間的視線都只能感受到球的一個切面部分,連起來即是一個小圓圈變大又變小的過程,而我們的三維空間就是四維空間上的一個切面,我們只能感受它的一個點所以我們只能感受現在正在發生的事情。

如果你進入了四維空間,你就能看到你從小到老死一切過程,它們都在同一時刻呈現在你眼前。

5樓:為誰為誰為

在物理學中描述物質變化時所需的引數,這個引數就叫做維。幾個引數就是幾個維。比如描述「門」的位置就只需要角度,所以是一維的而不是二維。

簡單地說:零維是點,沒有長度、寬度及高度。一維是由無數的點組成的一條線,只有長度,沒有其中的寬度、高度。

二維是由無數的線組成的面,有長度、寬度沒有高度。三維是由無數的面組成的體,有長度、寬度、高度。

從廣義上講:維度是事物「有聯絡」的抽象概念的數量,「有聯絡」的抽象概念指的是由兩個抽象概念聯絡而成的抽象概念,如面積。所以四維就是四個有聯絡的抽象概念組成的,第四個抽象概念是實時間,第四聯絡值為速度。

擴充套件資料:

四維空間的概念也可以通過解析幾何的手段來研究。在那裡我們可以利用代數方程來表示幾何概念。為了利用這個手段進行觀察以導致對四維空間的理解,我們來研究三維空間體系中的三個幾何元素——點、直線和平面的方程。

利用笛卡爾系統表示,我們可以寫出:

點的方程:ax + b = 0 (座標系:直線上的一個點)。

直線的方程:ax + by + c = 0 (座標系:平面上的兩條正交直線)。

平面的方程:ax + by + cz + d = 0 (座標系:三維空間的三個互相垂直的平面)。

從上面的研究我們可以看出:

所表示的每一個幾何元素(或空間)的方程中的變數數目,等於這個空間的維數加1。

座標系中的幾何元素與被表示的幾何空間的幾何元素的維數相同。

在這個座標系中,幾何元素的數目等於被表示的空間的維數加1。在座標系中,幾何元素的這個數目是最低要求。

用來表示幾何元素的座標系,位於比它所含有的幾何元素高一維的空間裡。

根據上述觀察,我們可以寫出三維空間的下述方程。應當注意:這個方程有四個變數(x、y、z、u)。

ax + by + cz + du + e = 0

根據這公式我們可以斷定:

1. 這個座標系的幾何元素有三維,即它們是三維空間。

2. 在這個座標系中有四個三維空間。

3. 這個座標系位於一個四維空間裡。

我們對於四維空間乃至更高空間的研究,不是通過實驗總結的方式,在現實中我們很難發現並推匯出它們的一般規律,對於這些問題,我們可以採取一種新的研究方式。即:純概念的研究。

通過這種方式,我們可以容易的推匯出這些很重要但在現實中不易想象的新內容。

四維空間真的有生物嗎,四維空間是哪四維

應該有4維空間 因為理論上是成立的不過呢 誰也沒有進去過 也不可能進去 4維說簡單點就是在3維的基礎上又加了一個時間軸 至於有沒有生物我想應該沒有吧 因為想象不到他是以何種形態存在的 太浪費腦細胞了呵呵 著是很抽象的 所謂的四維其實很簡單,三維你知道吧,再加上時間,就是四維了,顯然你知道,你生活在三...

什麼是四維空間?

四維空間是一個時空的概念。簡單來說,任何具有四維的空間都可以被稱為 四維空間 不過,日常生活所提及的 四維空間 大多數都是指愛因斯坦在他的 廣義相對論 和 狹義相對論 中提及的 四維時空 概念。根據愛因斯坦的概念,我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關係,是在空間的架構上比普通三維空間的長 寬 高三...

如何理解四維空間中的時空,四維空間如何理解?

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