四维时空与四维空间

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随着三体的爆火，里面神级文明对维度武器的利用吸引了很多人对“维度”这个概念的兴趣，降维打击真的是很酷，二向箔更是让我们大呼这科幻过瘾，可是有部分的朋友们好像对时空，空间与维度的理解出了一些偏差，那么今天就和大家聊聊与维度，时空与空间的相关的话题。我们先说说什么是四维空间，四维空间与四维时空是不同的，甚至可以说是两个完全不同的概念，这就导致了网上很大部分的时空科普视频都是有一定问题的。要知道二者的不同，我们首先要知道学术界关于“维度”的定义，“维度”一词在不同的领域具有不同的定义，比如在物理和数学上，维度的差别就很大了。

数学上的维度数学上的维度一般就是多了一个坐标，点A(x,y)就是一个二维坐标，而B(x,y,z)则是一个三维坐标，这里的x，y，z就是维度，因此数学领域里，我们可以有无数的维度，只需要加一个坐标参数即可。一般来说，数学上的四维空间是指一个标准的“欧几里得空间”，假设一个点的坐标为A（x,y,z,t），这里的第四维t具有和其它三个坐标一样的性质，并没有特殊的属性。

物理上的维度物理中的维度则不是这样的，维度在物理中一般指独立的时空坐标数目，而四维时空又叫做“闵可夫斯基时空”，闵可夫斯基是爱因斯坦的老师，也相当厉害，是他最先将爱因斯坦与洛伦兹的理论合二为一进行了新的表述，称“3+1维时空”，即三维空间加一维时间。爱因斯坦刚开始对自己老师的这种观点很不认同，但是随着他研究出了广义相对论，他才意识到这种3+1描述的重要性。

欧几里得空间基于数学与物理的理论，我们就衍生出了两种关于空间维度的理论，第一种就是“欧几里得空间”，他认为时间与空间相互独立，二者不能够放在一起考虑。针对这个理论，人类利用二维创造出了三维的“莫比乌斯环”，利用三维构思出了四维的“克莱因瓶”。

闵可夫斯基时空而“闵可夫斯基时空”则认为时空一体，时间与空间不可分割，我们人类就生活在三维空间里，但是有一个一维的时间。在这种理论下，我们认为时间也是可以用多个坐标来表示的，然后将时间与空间进行排列组合，就形成了多维空间，这样就出现了“平行宇宙”的理论。

四维空间理论说到这里相信大家对时空与空间已经有一个清晰地定义了，这里我们先说说四维空间，一般我们认为一维就是一条直线，线动成面，二维就是一个平面，面动成体，三维就是一个立体。这里可能大家会犯一个错误，我们知道直线就是特殊的曲线，那一维能不能是曲线呢？同理，二维能不能是曲面呢？答案是毋庸置疑的，都可以。因为我们平时接触的坐标系里的坐标轴都是直线的，所以我们就默认了直线与平面，但放在维度上这是不准确的，曲线与曲面才是相对准确的，直线与平面只是特殊情况。假如有一个一维生物，他只能向前或者后退，不能往前后左右运动，那我们就认定这是一个一维世界。基于这个方法，不管是直线还是曲线的一维世界，亦或是曲面或平面的二维空间，三维的空间与空间扭曲我们的大脑里也有画面，可是你能够想象出一个四维空间吗？实话实说，人类的感官注定了人类是无法想象出四维空间的，因为我们从未见过。要知道，我们人类的一切艺术创造与科学发明都来自于一个具象，人类是无法无中生有地去描绘一个东西的，就像一个天生的盲人，无论他多聪明，你永远无法向他解释天空的蓝色是什么。这里可能有人还是不信我们人类无法想象四维空间，我们再举个例子，我们知道，低维空间经过旋转与折叠就会得到高维空间，一条线旋转一周再对折会得到一个圆，一个平面旋转一周再对折就会得到一个莫比乌斯环，这时候你想象一下将一个正方体旋转在对折，你想得出来吗？我们能够在理论上说清楚克莱因瓶，但我们永远无法想象一个真正的克莱因瓶是啥样的。

其实我们想象不出四维空间是很正常的，因为我们的感官都是二维的，比如我们看到的物体都只是一个平面，是因为视差才会让你有立体感，所以才会有以假乱真的画作。所以可以这么说，我们认识的三维物体都是二维化的。假定你在你的大脑里想象一个正方体，那么这个正方体肯定是在转动的，现在请你让你脑中的正方体停下来，这时候你还能看到这个完整的正方体吗，你看到的永远是一个平面，你不可能同时看到这个正方体的6个面。这是因为我们的视觉感官都是二维的，假设你有一双三维的眼睛，你才会同时看到一个立方体的6个面，或者举个更加清晰地例子，你玩纸牌游戏时，要是你的视觉是三维的，那么你就可以在纸牌扣着时看到牌面是什么，那么即使你技术一般，只要牌面还可以，基本就是赢定了的节奏。除了上面的例子，还有人喜欢用蚂蚁举例，总爱说蚂蚁是二维生物，这些人觉得蚂蚁生活在一个没有高度的概念的平面上，那你可是误解蚂蚁了，要是小编我是一只蚂蚁，我肯定会说，哪凉快哪呆着去，不懂可以说但是不可以乱说，有会飞的蚂蚁知道吗，而且蚂蚁再小也是有高度的，1毫米不是高度啊。这里小编可以告诉大家，只要是我们肉眼看到的实物，都是三维物体。

四维时空四维时空这个理论很有趣，时间是这里的第四个维度，空间中的一点如果用坐标来表示就是A(x,y,z)，而时间却只有一个坐标，这意味着他只有X轴。这里让我们打开思维的大脑，要是时间有Y轴会怎样？在四维时空理论中，时间的Y轴只是一种可能性，这意味着经过Y轴上的点我们可以画出无数条平行于X轴的直线，这里的每一条线都是一种可能性，在不同的可能性里，你可能是一个厨师，也可能是一个老师，亦或是一个首富。这就是平行宇宙理论的由来，按照这个理论，科学家们继续往下推理，我们的的宇宙最高将是10维的。在10维宇宙里，包含了一切与一切的可能性。

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