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四维空间到底是什么?人类为何想象不出四维空间?

2023-04-07 15:35:45来源:世界金属报网

我们生活在三维空间,有长宽高三个维度,准确地说生活在四维时空,时间作为单独的一个维度被爱因斯坦提了出来,时间维度与空间维度是等价的,两者是不可分割的。

我们暂时先抛开时间这个维度不谈,来说说空间上的维度。

正如刚才所说,三维空间有长宽高三个维度,我们就生活在三维空间,但不要以为我们真的了解并掌握三维空间,事实上我们连三维空间都掌握不了。何出此言?

想象我们经常玩的棋类,比如说象棋,围棋,国际象棋等,虽然棋子都是三维立体的,但实际上我们玩的是二维游戏,因为无论哪种棋类,处理的都是二维平面的图形变化能力。

而即便是二维游戏,又有多少人能玩得来呢?

如果真的出现三维围棋,三维国际象棋,肯定没有谁愿意去玩,毕竟人类连二维都没有真的掌握好,三维就更难了。

还有一点也能说明问题,比如说工程师设计的图纸都是二维的,其实我们在把三维空间里的东西拆分成二维的东西,这样更方便我们理解并操作。

而所谓的三维设计图纸,也只是把三维的东西投影到二维平面上,比如说侧视图,正视图和俯视图等。

不过不用担心,人类的大脑本来也不是用来设计图纸,不是用来下棋的,大脑的作用就是用来生存繁衍的,为了更好地生存繁衍,大脑会尽量呈现出更容易理解的东西,而下棋设计图纸这些都只是生存繁衍的附属品。

大脑总是想办法把三维的东西二维化,因为人类对外界的感知其实只是大脑合成的假的三维感知。

说白了,我们肉眼看到的东西其实都是二维的,因为人类眼睛的视网膜就是二维的,因此本质上我们不可能真的看到三维的东西,看到的也只是三维物体的二维投影罢了。

那么人眼为什么会感知到立体视觉效果呢?

主要是因为左右眼看到的东西影像会稍有差别,我们的大脑会将左右眼看到的图片叠加在一起,这样就有三维立体感觉了。也就是说,你我们看到的三维物体,其实只是两张二维物体合并形成的三维立体幻象罢了。

我们经常看的3D电影,道理是一样的,并没有真正的3D电影,我们看到的3D画面只是一种幻觉罢了。

既然我们能够在二维平面上制造出三维立体的幻象,理论上讲我们同样能把四维物体投影到我们的三维世界中,从而制造出四维物体的幻觉。

但我们制造出来的也仅仅是幻觉而已,本质上只是假的四维空间,仍旧是三维空间。有些人说自己能想象出四维空间,其实想象出来的仍旧是三维空间。

比如说,著名的卡拉比-丘成桐六维空间,甚至比四维空间还多出两个维度,它是利用卷曲的高维空间来解决粒子物理学中人类遇到的问题。但即使在数学层面,绝大部分数学家也不相信这样的六维空间真的存在。

更重要的是,人类甚至无法定义到底何为四维空间。我们对四维空间的定义和理解更多的还停留在数学层面上。

从数学上来讲,一个点就是零维,一条线就是一维,一个面就是二维,而一个体就是三维。那么四维空间呢?

在三维空间的基础上再多出一个空间维度就是四维空间,虽然定义很简单,但我们都很难想象出如何在三维空间的基础上再增加一个空间维度,这个维度到底在哪里呢?

大多数时候,我们只能这样对比二维空间来理解四维空间。三维空间的投影就是二维空间,那么四维空间的投影也是三维空间,也就此而已。

如果二维空间存在智慧物种,他们同样想象不出我们所在的三维空间。虽然在我们看来,二维空间里的生物怎么可能无法想象出三维空间,我们会觉得不可思议,会认为三维空间不就是在二维空间的基础上多出来一个空间吗?

但不要忘了,我们自己本身就生活在三维空间,相对二维空间而言,我们是站在上帝视角来审视二维空间的。

同样的,如果四维空间存在智慧物种,他们同样对“我们无法想象出第四个空间维度”感到不可思议,甚至会嘲讽人类:这么简单的维度怎么就想象不到呢?也太笨了。

但就是这么简单的一个维度,也会成为人类难以逾越的鸿沟!

人类本身就是三维空间物种,即便未来某天我们发现了四维空间的存在,也很难前往那里。如果想前往四维空间,意味着人类首先必须把自己改造成四维物种才可以。

标签: 四维空间 丘成桐六维空间 何为四维空间 三维空间 时间维度 空间维度

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