四維空間和三維空間有什麼區別?

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三維以上的空間,我們一般統稱高維空間。高維空間是一種物理學理論。在上個世紀90年代提出的M理論中,宇宙是十一維的,由震動的平面構成的。

順便說一句,在小說《三體》中,有所謂的“降維打擊”,還有描述很多高維空間,其實很多是捲曲著的。其實就是源於上述理論的演化。所謂捲曲,是說高維度的物體通常沒有展開。而高維空間的物體,在低維度展開,通常會叫做降維。

在《三體》中,地球最終遭受的打擊,就降維打擊——整個太陽系被強行降維成一個龐大無邊的平面。

言歸正傳,根據我們日常對一維(線)、二維(面)、三維(體)空間的印象,一個空間有幾維,就是在這個空間中能夠做幾條互相垂直的直線。需要特別注意的是,這些直線中每一條,都要和其他所有平面垂直。於是,我們認出的空間,最多是三維的。

四維空間從理論上來講,就是在左右、上下和前後之外,還存在一個與它們都垂直的直線方向所代表空間。人腦在一般情況下,卻難以想象出來(不排除有些數學家經過特殊訓練有可能想象出來)。

需要注意的是,我們有時候認為時間也是一個維度,但所謂“四維時空”和“四維空間”並非一個概念。前者其實我們身處的“三維時空”在加上一個“時間維度”罷了。

所以如果你要理解四維空間,乃至更高維度的空間,可以先現象一下二維空間的生物,在我們這裡會是一種怎樣的存在。比如,一隻畫在紙上的老虎,我們三維空間裡,它只是一個平面。如果在四維空間有外星人在看我們,我們應該是應該是一種比較類似平面存在。

進一步來說,如果在三維空間完全展開的四維空間物體應該是什麼樣呢?

這就像把三維空間的一小滴水,完全展開在二維平面上一樣:會變成無窮大的一個圓,但沒有厚度。推而廣之,所謂的能夠降低維度出現的事物,在從高維度變成低維度之後,都會成為一種非常龐大的存在。

換句話說,四維空間比三維空間多一個維度方向的空間存在。如果強行把四維的物體完全降成三維,它將比原來看到的,大很多倍。


鎂客網

這個問題挺有意思,也很燒腦,作為一名崇尚科學的人和科普愛好者,我嘗試回答一下,不對之處的請專家人士指正。本回答解答了三維和四維空間的不同,同時還順便解答了一下五維空間。

我們都知道,一維空間是根線,二維空間是平面,三維空間是具備“長寬高”三個維度參數的空間,而四維空間是在三維空間基礎上增加了一個時間軸。根據研究弦論的科學家計算的結果顯示,至少在理論中存在著最高為十個維度的空間。我們之所以看不到高維度的空間,是因為它們全都捲曲了起來,變成了低維度空間。

實際上,空間維度增加的規律簡明易懂,就是在上一個空間維度的基礎上新增一個時間軸,同時把上一維度的時間軸變成空間軸,一個新維度就生成了。每個維度都有屬於自己的唯一時間軸,且與其他維度的時間軸不同。簡單而言就是:一維空間增加一個時間軸,變成二維;二維空間增加一個時間軸變成三維;三維空間增加一個時間軸變成四維,四維空間再增加一個時間軸變成五維,等等

其中,四維世界是三維世界在一條時間線上所有歷史的總和。如果在四維空間有智能生命存在,那麼他可以看到一個人的過去、現在和已經決定的未來。但他

只能有上帝的視角,而不具備上帝的能力,他只能看到一個單線的歷史進程,卻無法改變人的過去、現在和未來等具體事件。

(四維蟲子)

而四維智慧生命不需要經過幾十年甚至上百年漫長歲月才能完整觀察完一個人的一生。他可以同時看到一個人從生到死的全過程,而且這個全過程形成了一個特定形狀的連續體,就像是一條蟲子,兩頭小,中間大。兩頭分別是童年和老年,體積較小,中間是壯年,體積較大,整體酷似一隻大蟲子,稱之為“四維蟲子”。

(《星際穿越》中的五維空間)

而在五維空間的智慧生命不但具備上帝視角,還具備上帝般神奇的能力,在他所處的時間內,他可以隨意移動到一個人的過去、現在和未來之中,就像我們在三維世界沿著空間中的某個方向移動一樣。五維智慧生命進入人的歷史,就好像走一條路或爬一座山,這就相當於進行時空旅行,而且其所作所為還會對三維世界產生影響。五維空間的智慧生命可以選擇他所觀察的對象的任何一個年齡階段,向其傳送信息,並影響他的選擇。

比如在電影《星際穿越》中,庫珀進入五維世界後,通過改變手錶秒針的顫動方式,給他在三維世界中的女兒傳送信息,並改變了她的選擇,也改變了人類未來的命運。


作家王麟

對這個問題的回答,首先要確定題主想問的是“四維空間”還是“四維時空”。這兩個概念有很大的區別,下面來分別解釋一下。

一,什麼是四維空間?

超過三維的空間,即高維空間,作為幾何對象是很難理解的,作為代數對象卻很容易理解。

根據我們日常對一維(線)、二維(面)、三維(體)空間的印象,一個空間有幾維,就是在這個空間中能夠做幾條互相垂直的直線,或者說有幾個互相垂直的方向。你面前一條左右伸展的直線上,只有左右方向。你面前一張鋪開的白紙上,有左右方向加上下方向。你面前的整個空間中,有左右方向、上下方向和前後方向。

以此類推,四維空間就是在左右、上下和前後之外,還有一個與它們垂直的方向的空間

。這個定義一目瞭然,人腦卻難以想象出來(不排除有些數學家經過特殊訓練有可能想象出來),因為我們日常見到的空間是三維空間,不存在這第四個方向。四維都想象不出來,更高維度就更不用說了。所以說,高維空間作為幾何對象是很難理解的。

從代數的觀點看,n維的空間就是所有的滿足以下性質的矢量的集合:(1)有n個互相垂直的基礎矢量屬於此集合,垂直的定義是純粹代數的,即兩個矢量的“內積”等於0;(2)此集合中任何一個矢量都等於這n個基礎矢量乘以某些常數後相加(即這些基礎矢量的線性疊加),例如2乘以第一個基礎矢量,加上3乘以第二個基礎矢量,加上0.5乘以第三個基礎矢量,加上0乘以後面的基礎矢量。你如果能看懂,太好了。如果看不懂,沒辦法,只能說這是大學裡線性代數的內容,等你學到線性代數就明白了。這個定義的妙處是完全不需要空間想象,無論多少維在數學表述上都是一樣的。所以說,高維空間作為代數對象很容易理解。

二,什麼是四維時空?

四維時空的第四維,不是左右、上下、前後之外的第四個空間方向,而是時間。更專業一點的說法,是“虛時間”,即虛數單位i(-1的平方根)乘以時間。

為什麼會出現這麼一個概念?這是因為在相對論中,用(x, y, z, t)這四個數標記一個在t時刻發生在(x, y, z)這一點的事件,這個事件的這個時空座標當然跟座標系有關,但兩個事件之間的下列關係卻跟座標系無關:d^2 = (x1 - x2)^2 + (y1- y2)^2 + (z1- z2)^2 - (ct)^2。注意最後一個平方之前是減號,c是光速(大約30萬公里每秒)。

想一下,在三維空間中我們是怎麼定義距離的?兩個點(x1, y1, z1)和(x2, y2, z2)之間的距離,即d = sqrt[(x1 - x2)^2 + (y1- y2)^2 + (z1- z2)^2]。如果你改變原點或者改變座標軸的方向,就可以改變這兩個點的座標,但是它們之間的距離不會變。因此,把某個座標軸叫做x軸,把另一個座標軸叫做y軸等等,完全是隨意的,做一下座標旋轉就可以把它們混合在一起。真正重要的是它們的整體,而不是其中單獨一個。

根據同樣的思想,我們立刻就可以理解,相對論中的那個不變量說明空間跟時間沒有絕對的區別,它們之間的關係就像三維座標系中x軸、y軸、z軸的關係一樣,純粹是人為選定的,換一個座標系就可能混合在一起。因此,在相對論中真正重要的,既不是時間,也不是空間,而是兩者組合成的“時空”。

唯一看起來有點麻煩的是,(ct)^2前面是個減號。沒關係,我們用一下虛數單位i就行。現在,每一個事件都可以用(x, y, z, ict)這一組座標來表示,兩個事件之間的“距離”d = sqrt[(x1 - x2)^2 + (y1- y2)^2 + (z1- z2)^2 + (ict1 - ict2)^2]跟座標系的選擇無關。

相對論時空

最後強調一下,四維空間和四維時空的區別是什麼?

四維空間是一個數學概念,並不描述現實的物理世界。而四維時空,卻正是對現實物理世界的描述,物理學家都在用它!


袁嵐峰

其實正常意義的四維空間是在三維的基礎上加上了時間,也就是說活在四維空間的人有穿越時間的能力,我們把這些人定義為神。

但其實我們非常簡單地就能模仿神,那就是視頻播放過程。正常的視頻即三維世界裡,時間是固定速度向前推進的,時空裡的人也是固定其中,時也命也。

而當我們成為視頻觀看者,就可以快進,快退,找到任意時間點切入,跳到自己想要的時間點。而這個時間可以跳躍的空間就是四維空間了。

在此基礎上還有五維空間,時間不再是一個點,而是一條線,同時可以選擇兩個時間點,確定了事物在兩點間的軌跡,和起始狀態終止狀態。把世界比喻成遊戲,四維玩家可以在三維世界跳躍時間點,看作是隨時調取存檔。而五維玩家的存檔則是一段時間的存檔,或者看作是存檔的存檔。

五維看作時間平面的話,六維就是時間體,無數個玩家的存檔可以互相跳躍。

七維玩家的時間就更神奇了,可以看作是一個白洞,裡面包含了一個時間點空間點的全部可能性,時間向任意方向發展,空間也向任意方向發展,這一個點就是當下的全部可能。可以看作是一下子把未來各種選擇的結果都能看透和體驗的算命大師。

八維世界就是兩個全能的點變成了線,我們知道早晚要從A七維點到B七維點。這其中有無數條路能實現A到B,也就構成了一個大大的因果線。

九維世界裡,八維世界以下都是可以改變的。如果把八維說是因果線,那麼而九維就是因果體。在這個體裡有著所有的可能。A想成為B可以,想成為C也行,各有因果可以導向。

再向上就是盡頭,十維度世界裡,空間時間可能性都是無意義的,最後歸於一個無大小,無始終,無因果的混沌點。這也就是世界的起源。

十維時空和0維時空是一個道理,都是虛無,這就是天道循環!十就是結束,也是開始。


大同莊園

四維空間是無限的三維空間!

在說明這個問題之間我先把空間和時空的概念給區分一下,否則就會產生混淆。

空間



我先從0維空間說起,大家一起來想像一下(人的大腦是可以超維度的,所以可以想像出高維空間)

0維—— 一個點,沒有上、沒有下、沒有左、沒有右也沒有前也沒有後,就是一個點。 1維—— 無數個點(0維空間)組成的一條線,有了前和後的概念;但是,任然沒有左右和上下。

2維—— 無數條相同的線(1維空間)組成的一個面;有前後也有左右的概念,但是,上和下任然不存在。

3維—— 我們生存的空間;由無數個面(2維空間)一層一層的疊起來組成的“立方體”空間,有上下、有前後也有左右的概念。

4維—— 超越我們生存的空間;由無數個立方體(3維空間)組成的“超立方”空間。在這個空間裡,上下、左右、前後是無限的。

時空

理論物理學家認為宇宙是11維的,這是目前公認的理論;但是這11維是什麼呢——是11維時空=10維空間+時間!所以,時間是一個常量,就跟光速一樣。任何一個維度的空間裡都有時間。

例如:一個一維的物體在一維空間裡移動,也適用“距離÷速度=時間”的公式,同理:二維、三維、四維、五維……到N維也都適用!所以,這就證明了時間無論在幾維空間裡都是一個常量(0維不是空間,所以也沒有時間的概念)。


所以,三維+時間=四維時空,而≠四維空間!切記這一點!

四維空間和三維空間的區別

既然四維空間是無限的三維空間,那麼這個無限是什麼意思呢?

我們是三維生物,所以要從我們能看到的自然現像根本就無法解釋!於是我們只能靠想象——如果在三維空間中一個物體(比如你這個人)從空間中的一個點(出發點)出發,延直線向前運動,那麼會發生什麼事呢?只要一直是延直線運動你就永遠不可能回到出發點,只會離出發點越來越遠;這就三維空間的典型特徵!(宇宙大爆炸的理論)但是這y也說明了三維空間是有限的,雖然三維空間可以無限膨脹,但是它任然是有邊界的——物體向外運動,物體的前端就是三維空間的邊界。

但是,如果這個運動發生在四維空間裡呢——雖然你是延直線運動,但是你有可能回到出發點!!!(宇宙塌縮理論——也叫宇宙重啟)這就是“無限三維空間”的概念!PS:這是我能找到的最通俗的說法了,因為一定要從物理上來解釋四維空間,需要用量子力學裡的“弦”理論,但是量子力學我實在沒學懂!

所以,真正的四維空間應該長這樣:

還有一個區別

既然四維空間是由無限多個三維空間組成的;那麼四維空間的物體對三維空間來說也是無限的。

在舉個例子:黃金很軟,我們可以把黃金壓延得很薄很薄做金箔,這就可以看成是把三維物體降維成二維物體的過程,但是,雖然金箔已經很薄了它任然是有厚度的,二維空間是沒有厚度的,要想降維我們就只有拼命的壓,金箔越薄它的面積就越大,我們就這樣一直壓、一直壓……總有一天這塊金箔的面積會大到充滿整個宇宙!但是這塊金箔是二維的嗎?不是,它任然是三維的,哪怕它的厚度比原子、比交子、比夸克還要小,它任然是有厚度的!

同理,四維空間的物體到三維空間也是一樣,我們可以想像,但已目前的物理理論四維空間的物體是無法降維到三維空間的!但是,理論上如果四維空間的物體出現在三維空間,我們就可以體會到《三體》中的降維打擊了。


TDtank126

我們所看到感覺到的空間是平直三維度空間,但實際上整個宇宙都是彎曲的,光的傳播途徑也是隨著宇宙而彎曲的。看似真,實側彎。看似在眼前,實側在身後。看似1000光年外的星球,實側就在太陽系內。


Enjoy37174856079

我不夠資深,簡單的回答一下:

一維是點,二維是一維的疊加,是一條線…以此推得三維是一個靜態的物體,學過數學的就知道有三個軸的,有長高寬的不會變動形態的一個靜物,四維是一個三維的疊加,電影的原理大家應該都知道,是一個一個的靜態的圖片,然後以一個快速的速度展示出來,然後就形成了一個電影,四維同理,在一個靜態的空間裡不停地疊加連接著的三維的那一個瞬間就是我們的第四維:時間。


人言可畏也

對於三維空間和四維空間是怎麼回事,相信很多很的人,都聽過維度空間一詞,但就是搞不清楚是怎麼回事,從物理,科學,神學,宇宙上講,我們生活的家園地球,就是從0維度到4維度的一個空間星球,都說人類是地球上,最智能的動物,就是0維度到3維度的統治者,對於地球的4維度空間,假設4維度空間,是人類最後的歸屬空間,它不屬於人類統治,也不屬於人類生活的世界,就是人類思想和精神去處的空間,那是科學摸不透抓不住的一空間,就只能用神學認識同解說。



從宇宙太空上看地球,地球就是宇宙太空中的一個圓點,只能到地球大地中的環境,才能顯現出1.2.3.4維度空間的存在,0維度是一個圓點,1維度是一條直線,2維度是一個平面,而我們人類生活的是,一個3維度的空間,1維度是由無數點組成的一條直維,2維度是由無數直線組成一個平面,3維度就是在平面曾加一個高度,組成我們肉眼所見的一個大千世界。0維度和1維度沒什麼好說的,2維度就是一個平面空間,就如高空拍照的一個平面圖,3維空間就是我們生活的世界,而萬物有固體,大地有高有低有凹有凸之分,萬物有形有狀有樣有貌,就是人類真實相存在的生活世界。



對於三維空間和四維空間有什麼區別,這個說不好也不好說,或許有人極短暫去過,四維空間而能回來,但說了所見所遇也沒人信,現在科學都說維度空間,那我們就屬存在於三維度空間,如果說真有鬼神的話,就存在於四維度以上的空間,三維和四維空間有一個並存的區間,我們看不見四維空間的存在,而四維空間的生物,如到三維度空間來,能看穿看透我們世界的存在,也就是說四維度的生物,有能量能看穿看透,三維空間所有物體的內在,就是一對物體的透視能量,我們和四維空間,有一個並存的區間,那個空間叫陰陽區間,四維度是屬陰的空間,就是見不了陽光才叫陰的空間。



四維空間的生物,能看穿看透我們的世界,也能來到我們的世界,而四維空間的世界,就是我們所講陰陽的陰,是個我們肉眼看不見看不透,感覺是虛無但又存在的一個世界。而我們三維空間是陰陽的陽,我們擁有身驅肉體才稱之為陽,所以無法穿越四維空間,但四維空間的生物能看透三維空間,但也不就是能隨便進入三維的間空,進入三維空間就要先進入,一個肉體的身驅,要不就在選擇較陰的黑夜,才能進入我們的世界,但沒有肉體是不能久呆的,它們到我們的世界,能看穿看透萬物,也能看穿看透,我們世界時間的過程,即是過去現在和未來,只能看透但沒法解變,離開三維度空間任何肉體身驅,就如一陣風沒任何阻擋來去自如。



不過話說回來有四維空間,也就有五維度六維度空間,或是再上層次的維度空間,那是一個什麼樣的奇妙世界,真不得為知,或許如極樂般虛幻的神話仙景,但如果他們到我們三維度空間,是有能力在我們的世界,隨欲隨意解變著我們世界的章程。簡單說如果科學講維度空間,那我們生存的空間是三維空間,是我們肉眼看見的一個世界,同我們並存的世界,因為我們肉眼看不見它的存在,但不能證明它的不存在,就如一隻手在空氣中揮一揮,就是看不見抓不住,但有種存在的感覺,它就是一個未知的維度空間。


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其實四維空間和三維空間只是人所想象的,實際上存不存在都不知道。

要想證明三維空間的存在,必須要發現二維空間和四維空間。

然而二維空間真的有嗎?

從表面上看,三維空間比二維空間多了一個維度,也就是二維空間高度為零。

零是一個特別的數字,意味著沒有,高度為零的二維平面真的存在嗎?

以此類推,一維也就不存在,也就是說,如果有更高的維度,低維度是否存在也是個問題。

那麼就有弦理論來解釋這些個問題,對於弦理論我也只是瞭解,看似解決了一些問題,不過都是猜想。

四維與三維的區別就是差一個想象😄


孤獨的電臺

如果說點運動成線,線運動成面,面運動成三維的體,那麼體運動就成四維的系,舉個簡單的例子,如果把電子和質子中子看作是三維的小球,那麼它們高速的運動和力場就構成了一個穩定的四維物質---原子。相對於電子質子和中子,原子就可以稱為一個系。在宏觀層面來說,星球是一個個的三維物體,但是它們的運動和力場構成了一個獨立的星系,站在更宏觀的層面來說,星系就是四維物質,無數的星系高速運動形成更高維度的物質。

如果把弦看做一個三維物體,那麼質子中子電子就是四維物質,原子就是五維,地球這樣的物質就是六維,星系是七維,宇宙是八維……好像有一個規律,越是往低維度的微觀層面去物質的運動速度越快,越是往高維的宏觀層面去物質的運動速度越慢。

也許我們就生活在一個高維的世界中,我們可以探測研究比我們低一個維度的微觀世界,甚至可以利用微觀世界的物質,比如利用電磁波來做胸透,B超,雷達等。但是對於高我們一個維度的星系卻無能為力。

宇宙中有不同特性的星系,比如恆星系,中子星系,黑洞星系,它們就像不同的原子有不同的特性一樣,不同的原子能構成不同的物質,就像蘋果是由碳氫氧氮等多種原子構成,不同的星系是否也能構成不同的高維物質---宇宙,希望我們的宇宙不是高等生命製造的一顆糖果,給一口吃了😁


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