為什麼人類想不出四維空間?
四維空間是一個完全未知的領域,超出了人類的認知。一維的線條、二維的平面、三維的體積,但是對於四維空間,人類毫無想象空間,因為四維空間是一個完全未知的領域,超出了人類的認知。
人類雖然具有想象力,但想象力基本來源於生活中的認知,科幻作品中,往往都可以找到熟悉的影子。
如果讓我們想象一下未來的生活,第一反應可能就是會飛的汽車,更高的建築等等,因為這些就是我們生活中常見的事物。四維空間,則是一個完全沒有認知的領域,一切為“0”,自然難以想象。既然無法想象,人類就需要通過另一種方式推測四維空間——找規律。幸運的是,我們生活在三維空間,我們具有一維至三維的全部空間認知,因此可以通過找規律的方式,大致推斷出四維空間的特徵。
瞭解四維空間的具體特徵,或許就可以搭建出滿足條件的模型,讓我們看一看四維空間的“影子”。在理論物理學的弦理論定義中,整個宇宙是十一維的。零維是點;一維是線;二維是面;三維是空間;四維在空間的長寬高三個軸基礎上,多了一條時間軸;五維是空間+時間面;六維是空間體+時間體;七維是無限;八維是時空線,九維是時空面,十維是時空+無限,而十維就只是十一維的一個點而已。
2011年有一個著名的動畫短片,説的是一個二維的紙片人試圖在二維的世界畫出三維的樣子,結果它推論出了三維,卻因為二維的限制始終無法見到三維真正的樣子。同理人類在三維世界能夠構建出的所有幾何,都不是四維。因為物質決定了意識,僅以人類的大腦,和三維的客觀存在,你永遠也無法直觀地看到四維空間真正的樣子。
所以就好比是紙片人一樣,理解四維空間唯一的方式就需要用到“降維”的概念。利用投影的原理:三維立體投影出的世界是一個面(二維),面的投影是一條線(一維),線的投影是一個點(0維)。所以四維空間投射下來的影子,就是我們人類的立體三維空間。
於是一個用來描述四維空間的“超立方體”的概念就出現了。在【點空間】裏,是沒有可運動的方向的,因此它是【0維】。當【點空間】沿任意一個方向延展,就會產生一條【線】,線空間只能有一個運動方向——前後(或前或後),此乃【一維空間】。當【線】沿垂直方向延展,就會產生一個【面】,面空間擁有兩個互相垂直的運動方向——前後和左右,此乃【二維空間】。
當【面】沿垂直方向延展,就會產生一個【體】,體空間擁有三個互相垂直的運動方向——前後、左右和上下,此乃【三維空間】。當【體】沿垂直方向延展,就會產生一個【超體】,超體空間擁有四個互相垂直的運動方向——前後、左右、上下和超空間的未知方向,此乃【四維空間】。
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