選單

四維空間是什麼樣的?

“愛是一種力量,能讓我們超越時空的維度來感知它的存在”這是電影《星際穿越》中非常經典的一句話,男主進入了五維時空向過去的女兒傳遞了資訊,這一橋段也揭示了我們的世界其實是由不同維度組成的。

四維空間是什麼樣的?

我們生活的這個世界存在三個維度,長、寬、高所組成的三維空間,如果再加上一維的時間,就是四維時空,即我們存在於三維空間或四維時空內。(時間不能算維度,但它貫穿於所有維度)說到這裡,很多人或許在想,如果人類進入了四維空間(即五維時空),真的可以像電影中男主角那樣穿越時空回到過去嗎?

四維空間是什麼樣的?

答案是不可以或者未知,因為維度有數學和科學上兩種說法。

維度的說法最早來源於數學中,包括超弦理論中的11個維度都是建立在數學的基礎之上,而數學中所有的維度都是在標準歐幾里德空間的基礎上探討的。打個簡單的比方,數學中的維度就是:一維是過一個點的一條直線,二維是過一個點的兩條相互垂直的直線,三維就是我們數學中建立的相互垂直的XYZ平面直角座標系的空間。以此類推,數學上的N維所指的就是過任意點做出的N條相互垂直的直線。

四維空間是什麼樣的?

所以在數學的標準歐幾里德空間內,人類是不可能進入四維空間的,這個四維空間僅僅只是用於解決某些數學問題所建立的模型而已,而電影中所說的維度和穿越到過去未來的維度是科學上的維度,這個維度是建立在閔可夫斯基空間的基礎上進行探討的,就像《三體》中的降維打擊。

科學上的維度或許是大家最感興趣的問題,因為如果真的存在科學上的維度,確實可以穿越時空去到過去和未來。但目前為止,科學並未承認世界存在四維空間,不過也沒有否認四維空間一定不存在,至少目前沒有發現它存在。

腦洞大開,假設存在科學上的四維空間,那麼人類也是無法涉足的。

四維空間是什麼樣的?

許多人認為人類存在於三維空間內,可以觀察到二維空間內的生物,就像觀察螞蟻。其實這個說法是錯誤的,就算螞蟻再矮它也存在高度,就算一張紙再薄,紙也不可能是二維的,因為組成紙張的分子原子都有長寬高,夸克再小都有長寬高,尺度再小也都比普朗克長度要長,所以我們所生活的三維空間內,一切物質必定是三維的。

有人認為影子只有長和寬,沒有高,所以影子是二維的,這個說法其實也不對。影子不是一種實體物質,影子的存在只是因為它沒有光。

四維空間是什麼樣的?

荷蘭藝術家就曾用他的雕塑作品描繪了四維空間,如果四維空間真的存在,那麼裡面的生物應該是一個三維生物所有生命軌跡的疊加。比如三維空間內你只能看到某個人在某個時間點上的一個狀態,而四維空間你就能看到某個人在某個時間點上的所有狀態,你看到的是整個生命的運動軌跡。

四維空間的投影就是我們的三維空間,也就是一個時間點下人只有一個狀態。例如三維空間的投影就是二維的一個平面,二維平面的投影就是一維的一條線,是一個降維的關係。當然人類存在的三維空間是無法觀察到其它維度的,如果三維空間的人進入四維空間,那結局很可能是死亡,因為三維的人缺少維度支援進入四維。

又或許,用三維空間內的理論知識來探討四維空間,這本身就不合適。