你知道什么是高维空间吗?如何理解?通俗地聊一聊
简介:科幻电影《三体》的爆火向大家普及了维度概念,大家看到了维度武器的厉害。 你能想象出四维空间吗?很难,因为我们的体验来自三维空间。 作为三维空间中的生物,能否认知超出我们所在空间维度的四维空间呢?让我对高维空间做一合理推测: 首先要搞清四维时空和四维空间的区别,这是两个完全不同的概念。 四维时空是爱因斯坦在《广义相对论》和《狭
科幻电影《三体》的爆火向大家普及了维度概念,大家看到了维度武器的厉害。
你能想象出四维空间吗?很难,因为我们的体验来自三维空间。
作为三维空间中的生物,能否认知超出我们所在空间维度的四维空间呢?让我对高维空间做一合理推测:
首先要搞清四维时空和四维空间的区别,这是两个完全不同的概念。
四维时空是爱因斯坦在《广义相对论》和《狭义相对论》中就提出的。
四维时空就是三维空间上加一条时间轴,时空不可分割,而且与物质的运动有关。
在这个四维空间内时间没有负轴,时光不能倒流。
四维空间指的是欧几里得四维空间,它是一个数学概念,可以拓展到n维;四维空间的第四维指与x,y,z同一性质的空间维度。
我们想象一下四维空间,看有什么样的物理意义:
零维是点,一维是线,二维是面,三维是体,那四维呢?
很多点组成一维的线,很多线组成二维的面,很多面组成三维的体,是否可以推理,很多体组成四维空间呢?
1909年,《科学美国人》举办的一场名为给四维做出正确且通俗的解释大赛,一个叫辛顿的做出了超立方体,可以理解为四维物体在三维空间的一个投影,辛顿被世界公认为让四维物体可视化的第一人。
再举个例子,一条纸带旋转一周对接就得到一个莫比乌斯环,维度上升了一维;那你想象一下把一个正方体旋转再对接是什么样的?想象不出来吧,只能窥豹一斑。
就如同克莱因瓶,理论上可以说清,但永远也做不出。
(注:市面上卖的不是真正的克莱因瓶噢)
科幻电影《三体》中提到的降维打击,是指将三维空间降为二维空间,致使三维空间的生物在低维度空间无法生存。
不过一些前沿物理理论是这样解释高维空间的:
超弦理论的空间维数是9维,如果加上时间的维数,时空就是10维的。
不过,多出来的6个维度太小了,通常圈曲在十分微小的尺度下,不被人类感知,所以,人类能够感受到的空间是3维的,加上时间,人类以为自己生活在四维时空中。
回到我们所在的三维空间+一维时间时空,广义相对论指出有质量的物体会造成时空弯曲,质量越大、时空弯曲得越厉害。
这早在1919年就得到了证实,观测日食时发现太阳的质量使光线弯曲。
时空的本质到底是什么?人类还在不断地探索中……
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