为什么人类想不出四维空间?
四维空间是一个完全未知的领域,超出了人类的认知。一维的线条、二维的平面、三维的体积,但是对于四维空间,人类毫无想象空间,因为四维空间是一个完全未知的领域,超出了人类的认知。
人类虽然具有想象力,但想象力基本来源于生活中的认知,科幻作品中,往往都可以找到熟悉的影子。
如果让我们想象一下未来的生活,第一反应可能就是会飞的汽车,更高的建筑等等,因为这些就是我们生活中常见的事物。四维空间,则是一个完全没有认知的领域,一切为“0”,自然难以想象。既然无法想象,人类就需要通过另一种方式推测四维空间——找规律。幸运的是,我们生活在三维空间,我们具有一维至三维的全部空间认知,因此可以通过找规律的方式,大致推断出四维空间的特征。
了解四维空间的具体特征,或许就可以搭建出满足条件的模型,让我们看一看四维空间的“影子”。在理论物理学的弦理论定义中,整个宇宙是十一维的。零维是点;一维是线;二维是面;三维是空间;四维在空间的长宽高三个轴基础上,多了一条时间轴;五维是空间+时间面;六维是空间体+时间体;七维是无限;八维是时空线,九维是时空面,十维是时空+无限,而十维就只是十一维的一个点而已。
2011年有一个著名的动画短片,说的是一个二维的纸片人试图在二维的世界画出三维的样子,结果它推论出了三维,却因为二维的限制始终无法见到三维真正的样子。同理人类在三维世界能够构建出的所有几何,都不是四维。因为物质决定了意识,仅以人类的大脑,和三维的客观存在,你永远也无法直观地看到四维空间真正的样子。
所以就好比是纸片人一样,理解四维空间唯一的方式就需要用到“降维”的概念。利用投影的原理:三维立体投影出的世界是一个面(二维),面的投影是一条线(一维),线的投影是一个点(0维)。所以四维空间投射下来的影子,就是我们人类的立体三维空间。
于是一个用来描述四维空间的“超立方体”的概念就出现了。在【点空间】里,是没有可运动的方向的,因此它是【0维】。当【点空间】沿任意一个方向延展,就会产生一条【线】,线空间只能有一个运动方向——前后(或前或后),此乃【一维空间】。当【线】沿垂直方向延展,就会产生一个【面】,面空间拥有两个互相垂直的运动方向——前后和左右,此乃【二维空间】。
当【面】沿垂直方向延展,就会产生一个【体】,体空间拥有三个互相垂直的运动方向——前后、左右和上下,此乃【三维空间】。当【体】沿垂直方向延展,就会产生一个【超体】,超体空间拥有四个互相垂直的运动方向——前后、左右、上下和超空间的未知方向,此乃【四维空间】。
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