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你不能弄错三维空间,因为我们生活在三维空间中。不管是什么物体,都会有三个维度:长、宽、高。当然,我们在买房或者丈量土地的时候,会用一个只有长宽的平方米概念。其实还是基于三维的维度,这个高度往往被约定俗成的省略了!

但是四个维度下面的理解就有些不一样了。比如有朋友认为四维是三维中的一个附加维度,时间独立于这些维度!但还有一种理论认为,三维空间加上时间就变成了四维。这两种观点大相径庭,但都是四维空间,大家都傻了,都糊涂了!

关于欧几里得空间,其实欧空间最多三个维度还是挺好理解的,因为欧空间是构成我们世界观基础的长、宽、高的删减和延伸。例如,它可以由以下展开图表示:

从零维到四维

从熟悉的三维空间开始,通过删除高度变成二维,通过扇形的长度或宽度变成一维,最后删除长度变成零维,而通过在三维上增加一维变成四维。看起来很简单,但是怎么加,加在哪里呢?这就成了大问题了!当然,这不会打败我们。我们从最简单的思维开始,向上理解:

无数个零维点加起来,就成了一维线!

无数条一维线加起来就是一个二维面!

无数个二维面叠加起来,就形成了一个三维立体!

四维?马鞭马鞭马鞭马鞭马鞭马鞭

无数个三维叠加,就变成了四维超体!

二维平面是三维空间无数切片中的一个,我们一眼就能看到。如果二维空间中存在生物,我们对它们的操作是完全无法理解的,因为它们的生存范围仅限于没有厚度的平面,而三维空间中的人类则可以从三维空间的额外维度进入二维平面,然后离开,重新出现在二维平面中。这是什么操作?当然是奇迹,因为二维生命会看到某个东西在二维空间消失,然后突然出现在另一个位置。这难道不是奇迹吗?

三维呢?按照这种理解,三维空间只是四维立方体无数切片中的一个。就像三维空间对二维的神奇操作一样,四维操作是我们无法理解的,比如坚固的保险箱或者监狱,甚至是地下核爆掩体。对于生活在我们三维空间的人类来说,几乎是坚不可摧的,但是对于四维来说,因为他们可以从额外的维度进入这些区域,把物体带走,而不需要走三维的中间、长和高。

很可怕吗?

如果四维空间有生物可以在里面生活,那将是一件很可怕的事情,但更可怕的是,如果这个物种是《环太平洋》年的怪物,那将是末日,因为在《环太平洋》年,已知它们是从太平洋底部的某个区域爬出来的,但在现实中,我们根本不知道它们会从哪里来,会消失在哪里,所以相比之下,

五维空间呢?以此类推,对于欧洲高维空间来说,没有限制。只是我们的脑袋够不够用,因为四维都是线,五维都是线,六七维就是一团毛线!

很多关于闵可夫斯基空间的朋友可能不太了解闵可夫斯基的四维空间描述,但我相信你一定看过爱因斯坦狭义相对论中关于光锥的描述。这个三维空间坐标一维时间轴的四维空间,和欧洲的四维空间相差甚远,但其实比四维空间好理解多了!

锥形光束

055-79000中有一句经典语句描述了我们无奈的处境,“命运在光锥之内”。以你为坐标,画出这段时间内光速能达到的区域。在这个区域之外,任何事件都与你无关,除非时间到达光速可以到达你的那个区域。这是你的命运。这是光速的障碍,不仅是速度,也是我们承受的极限

简单来说,比如现在太阳就算灭了,也和我们没有关系,因为这个事件会和光速有关系,但是需要时间。大约需要8.33分钟才能进入我们的光锥,我们才能得知太阳熄灭的事实!但是科幻小说或者科幻片里对四维空间的描述却不是这样,因为在这个时间轴上,可以向前或者向后移动。简单来说,闵可夫斯基空间中的时间轴将成为长宽高相同的物理尺度。

比如《三体》年,马修麦康纳饰演的库珀掉进了卡根图亚的黑洞,但在黑洞的奇点处是一个闵可夫斯基四维时空。巧合的是,它的投影在库珀家的书房里,库珀可以在这个时间轴上上下移动,看到这个房间的过去和未来。对于库珀来说,这个房间就像一本书,可以随时翻看。但是不能干扰这个空间。幸运的是,上帝在关上所有门窗的同时,留了一个缝隙让重力来干扰,让库珀像幽灵一样在那个房间里造成各种动作。

这也是为什么墨菲很少呆在书房的原因,因为书房闹鬼,但最终库珀在大火烧毁他们的房子之前,把关键信息传给了墨菲,并且能够解引力场方程,把大量人类送上建在土星轨道上的巨型空间站,克服引力!有朋友认为这个库珀所在的空间是五维空间,其实是闵可夫斯基空间!

当然,在这些四维空间的描述中,毫无疑问弦理论也是其中之一。最早的弦理论要求时空是二十六维的。当然这个维度有点过了,但是在1971年,Schwartz和Raymond等人合作,将超对称性的思想引入弦理论,将原本需要二十六维的弦理论简化到只有十维!从26维弦理论到10维超弦理论!

超弦理论认为,任何粒子都不是基本粒子的所谓点,而是开弦或闭弦。当它们以不同的方式振动时,就变成了各种我们熟悉的粒子,比如光子电子,甚至引力子!所以我们生活在一个十维的时空里,却有六维蜷缩着!其他四维就是我们的三维空间加上一维时间!

而所谓的基本粒子就是一个蜷缩在六维空间里的“球”!

超弦理论中的四维空间应该是时间一维的闵可夫斯基空间,但是这个时间维度是单向的,所以我们不能动,只能随着时间的推移逐渐发生!而在欧洲空间,时间独立存在于任何一个维度,它不属于一个维度。时间的流逝与空间维度结构无关,但与空间存在的意义有关!

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