林杰生1

这种问题有一个重要前提，那就是四维空间肯定存在，如果不存在就没有讨论的意义。那么四维空间存在吗？

目前一些关于四维空间（或者更高维度空间）都只是想象中的概念，准确地说是数学上的假象概念，我们甚至连想象都想象不出来！原因很简单，就是因为我们本身就是三维空间里的物种，无论如何我们无法知道思维空间是什么样子！

那么假设四维空间真的存在，我们想象中的四维空间该是什么样子呢？

按照我们对维度的理解，一维是一条线，二维是一个面，三维就是体，也就是我们生活的空间，很多人说四维就是超体，但超体到底该如何表达？

数学上理解，四维空间应该是在一个点上有四条线互相垂直组成的空间（这还是假象概念），N维空间就是有N条线相互垂直！

或者更直接的理解就是，四维空间的投影就是我们的三维世界，就犹如三维空间的投影是二维空间（面），具体你怎么理解就看个人了！

事实上，不但四维空间只是想象的概念，一维和二维同样是想象的概念，一维和二维空间存在吗？虽然对于我们来说，一维和二维空间很容易理解，但也只是数学上的概念，数学并不等同于现实世界，它只是我们理解现实世界的工具！

宇宙探索

看了几个回答都说第四维是时间，这不是四维空间的一般含义，而是闵可夫斯基四维空间，关于这个问题我会在另一篇回答中给大家说明。

在这里我给大家解释传统的欧式高维空间的含义，其实就是一个数学概念，请大家以后再理解这个问题时不要再把时间扯出来，更别再谈什么灵魂与精神之类不着边际的话，这些话让人看着真的很难受。

欧式空间即欧几里德空间，也就是我们默认的平直空间，以区别于非欧几里德几何所规定的弯曲空间。

首先，N维度空间就是过空间中任意一点可以做N条相互垂直的直线的空间。

1. 零维空间就是一个点，不能作出相互垂直的直线。
   
   
2. 一维空间是一条线，过其中一个点可以做出一条直线。
   
3. 二维空间是一个面，过其中任意一点可以做出两条相互垂直的直线。
   
4. 三维空间是立体，过空间中任意一点可以做出三条相互垂直的直线。
   

以四维空间为例，过任意一点可以做出四条相互垂直的直线。我们可以想象成两个三维立方体可以在这个空间中进行点点连接，造成每过一顶点都有四条直线相互垂直，如图中BA、BC、BF、BB1。

我们可以把一维到五维立方体都画出来，如下图所示。大家注意，在三维空间中没办法画出四维和五维立方体，因此高维立方体都是示意图。

其次，N维空间中的点需要N维向量描述，且两点间距离与坐标系的选取无关。

1. 一维空间中用一个坐标x可以表示一个点。在一维空间中两点的距离按下图方法计算。
   
   
2. 二维欧式空间中用坐标（x，y）可以表示出一个点。两点间距离的计算如下：
3. 三维欧式空间用坐标（x，y，z）可以表示一个点。两点之间的距离也是类似的。
4. 以此类推，在四维空间中，需要四个变量（x，y，z，m）才能表示一个点的坐标。两点之间的距离按照下面的方法计算。

按照这种方法，我们可以研究出N维欧式空间的两点间距离或者称为空间间隔。

空间距离s是个很重要的量，如果坐标系选取不同，每个点的坐标就不同，但是空间距离保持不变。如下图所示：

再次，N维空间沿某维度的投影是N-1维空间。

投影这个概念如果不好理解，我们可以理解为“切一刀”。

1. 如果我们在直线上切一刀，断面是一个点。
   
2. 如果我们在平面上切一刀，断面是一条线。
   
3. 如果我们在立方体上切一刀，断面是一个平面。
   
4. 同样，我们在四维空间随便切一刀，都会切出三维空间。
   

《三体》这部小说中谈到的降维打击，大体也是这个意思。如果我们把直线压缩，就会变为一个点，把平面沿着某个边压缩，就会变为一条线，把立方体沿着某条棱压缩，就会变为一个平面。人家都把我们压缩成平面人了，那我们不就死定了。

其他科幻小说也对高维空间有很多讨论，如：

通过应用维数类比，人们可以推断，四维空间中的人在我们三维的视角看来应该有类似的神奇能力。鲁迪·拉克在他的小说《空间世界》（Spaceland）中展示了这一点。小说的主人公就遇到了具有神奇能力的四维人。

综上所述，至少从数学上讲，第四维不是时间。一二三四五六七维度在数学上都没有什么区别。只是，我们使用三维欧式几何就很好的解释了我们现有的空间，所以人们才感觉四维和四维以上的空间如此难以理解。我们必须明白，数学只是我们理解世界的工具，它本身并不需要为我们理解世界负责。

关于四维时空，即时间轴做第四个维度的问题，请大家移步下面的回答。这个问题解释起来比较麻烦，需要一定知识基础。

李永乐老师

四维空间是怎么样的没人知道，人类也永远无法观察到四维空间。在三维空间内，我们所观察到的一切都是三维的，一张纸再薄也有厚度，微粒再小也是以三维的形态存在的。而且用我们三维空间的知识来推断四维空间也是不合理的。但如果一定要给四维空间下一个定义描绘它的样貌，那么首先我们就必须知道两点。

低维度空间是高维度空间的投影

三维空间在二维空间上的投影我们可以比喻成一个三维物体的影子，只有长和宽的平面，这种投影是一种信息的表达方式，不能影响和改变什么。并且在二维空间内的物体会在三维空间内无限重复，三维空间包含了无数的二维空间。同理类推，四维空间在三维空间内的投影就是我们现在的世界，那么四维空间就是无数个三维空间的重复。荷兰的艺术家就曾经用雕塑来描绘四维空间，四维空间就是下图中物体的一连串的运动轨迹，这个轨迹就包含了一个物体的一生，它的投影就是我们现在的三维空间。

四维空间的时间

人类是生活在四维世界的三维空间中，我们所处的世界中存在时间的概念，但是我们无法看见时间，到了四维空间内，时间可能就像实物一样是能看得见摸得着的物体。并且身处四维空间内的我们可以看见一个物体的一切，那么就可以看见一个物体的过去和将来。在电影《星际穿越》中，男主角跌入了那个空间是五维空间，时间就像琴弦一样，任我们拨动，任我们来控制，可以支配时间轴改变低维度世界的发展。当然这只是三维生物对高维度的理解，实际上是怎么样的，没人知道。

科学薛定谔的猫

由于我们没有在四维空间中生活过，所以我们根本就没见过四维空间究竟是怎样的。我们只能基于低维空间的规律，来对四维空间作出合理的推测。

我们在三维空间中生存，可以感知到三个维度。相比之下，二维空间少了一个空间维度，成了一个平面。在二维平面上画一个闭合的图形，就可以把二维空间分隔开来。如果二维空间中有生活着二维人，那么，处在图形内的二维人无法看到图形外，反过来，处在图形外的二维人无法看到图形内。

但如果从二维空间之外的另一个维度来看，二维空间是可以被透视的，闭合图形无法起到阻挡作用，三维空间中的生物可以从另外一个维度看到二维空间中的一切。同样地，四维空间比三维空间多了一个空间维度，从这个维度可以透视三维空间。四维空间中的生物（如果存在的话）能够从另一个空间维度看到三维空间的所有外表（比如立方体的六个面），并且也能看到三维空间的内部。至于第四个空间维度是朝着哪个方向延伸，生活在三维空间中的我们目前还无法理解。

火星一号

上海科技报科普问答主持人：主任记者吴苡婷

四维空间是人们想象出来的空间模式。

我们目前生活在三维空间中，是一个立体的空间。二维空间就是一个平面，看过著名科幻小说《三体》的会知道，最后太阳系的结局是二维塌陷，最后变成了一图画，没错，那就是一个二维空间的平面，人类最后结局是被印在了一幅画上，全部灭亡。一维空间就是一根直线，只有长度的尺寸，在一维空间里面，我们看到的生物都是以点的形态出现的。

现在一些科学家猜想的所谓的四维空间，就是除了长宽高外，还有一条长长的时间轴，这是一个很奇异的空间，比如当你看到一个人，你可以各个时间点上，看到从他出生看到他的死亡在各个地方发生的各种事情，有点未卜先知的感觉。很多有过濒死体验的人醒过来说，他们在感觉快死的一瞬间，快速看到了自己一生中的很多镜头，就有点像四维空间中的某些感觉。我们在电影《星际穿越》中就看到了这样的镜头，飞行员库珀进入黑洞，进入了一个四维空间，在那个重重叠叠的世界中，他可以很清楚地在一个房间内看到女儿从小到大的各种时间点的状况，那是一个很奇幻的经历，也令人毛骨悚然，有时候我会猜测，那些无法解释的灵异事件是不是就是从四维空间中传出的信号。

而四维并不是维度的终点，根据目前比较流行的超弦理论，整个空间可以划分为十个维度，甚至十一、十二个维度，这些维度都是设想出来的，很难用很通俗的话语解释出来。

科坛春秋精选

我们处于一个三维的空间之中，也就是由长，宽，高，组成的空间，而四维空间是什么样子的我们人类还无法理解。因为我们是三维空间的生物，不可能理解更高的维度。

四维空间只是数学推导出来的一个概念，科学家通过对一维，二维，三维进行推导演变，可能在三维之上还有四维空间，根据弦理论认为，甚至有11维度。

在很多人看来，认为四维空间就是三维空间加上时间维，就等于四维空间。其实这是错的，三维空间加上时间维度事实上是四维时空，时空也就是时间加空间，而并非四维空间，四维空间是从三维空间演变而来。

我们知道0维是一个点，没有三维一样的长度高度，宽度，而一维就是有很多个0维这样的点连成的一条直线，只有长度。二维就是无数个一维的线组成的平面，有长度有宽度，三维就是无数个二维的平面组成的有宽度、长度，高度的空间，而四维可能就是无数个立方体组成的空间。

看过星际穿越的朋友都知道墨菲的爸爸库伯进入了高纬度空间，（好像是五维空间）在那里可以看见由无数个立方体组成的空间，不光是空间还有无数的时间线都可以看到，这就是高纬度空间的概念。

不过话说回来，这也只是理论推导猜想的，毕竟没人看到过四维空间是什么样子的，这也不是我们所能够理解的。

宇宙探索未解之迷

四维空间就是你看到的样子。

从几何的角度来看

物理学普遍接受的“四维空间”是爱因斯坦定义的，他把时间作为一个区别于长、宽、高之外的独立的维度来思考，这样让许多数学推演变得清晰，时间被作为与长度对等的一个参数来看待，这样时间就有了一个几何概念，可以跟长宽高一样用几何的方式来思考和计算。或许这只是方便人类认知的一种等效方式。而实际上爱因斯坦的相对论又反映出时间与空间的统一性——时间就是空间。

从运动的角度来看

换一个角度来描述，可以认为时间是运动的根源，三维空间是没有运动的，是全静态的；让三维空间运动起来就成了四维空间。

从熵的角度来看

再换一个角度来看，可以认为时间是熵増的根源，热力学第二定律是时间造成的；著名的麦克斯韦妖就描述了一种独特的熵减的过程，但其实那是需要“妖(neng)力(liang)”来实现的，并非一个封闭系统。

数学上的四维空间

而数学上的四维空间则不一定是跟这些物理量相关，而空间维度也可能是任意正整数。这个就是纯粹的形而上的定义了，没有跟现实世界的任何现象关联的。

小宇堂

物理上的维度是是否真实存在，道理也是一样的。只是传统的思维往往只是将三维空间认为是真实的。实际上的物理空间都是由形成这个空间的全体物质共同的“阳”形成。所以物理空间的维度都是物质存在的具体表现形式。应该是真实存在的。但是人们往往把不同的空间存在混淆，以至于造成混乱。比如研究牛顿力学就可以用三维空间。研究高速运动的相对论就用四维时空。

这个问题要先说明什么是的理论维度，就是描述一个集合全部性质所需要的最少的条件。也就是说要说明一个事物所必须的条件。比如我们要说明一个班的战斗力“能量”，首先要有一个编号“描述对象”，其次可能要知道人数，年龄段，更详细的可能有身高，体重，体能等，还有武器等配备。这些条件就形成了这个班的战斗力。这就需要很多条件，但是如果简单的说可以只是人数和武器配备。也就是两个条件就能反应战斗力的大部分情况。实际上每个关于战斗力的维度都会对战斗力有所贡献

按照“道生一，一生二，二生三，三生万物”理解物质结构。光速是一种空间结构，是物质在二重空间阴和阳之间的测度。这种空间结构是物质的本质决定的和参考系没有函数关系。

物质的根本形式，无外乎“有和无”两种。宇宙中一切可以描述的物质形式都是“有”的具体表现。而每一个必须单独描述的“有”的形式都是一个所谓维度。一种物质当要描述它的某一方面性质所必须用到的全部条件，也就是它的空间维度。 比如当要描述一个物质的静止位置时，我们一般是说它在东经多少度，北纬多少度。这就是二维空间。如果还要知道它的海拔。那就是三维空间。如果还要知道它的运动速度，那就是四维空间。这里自然就是时间。而物理学的宏观运动规律都可以用这四个性质描述，所以通常这个空间被叫做四维时空。

但是物质的性质还不止有空间和时间。比如我们要描述一个带电的运动，那么除了四维时空以外还要说明电量。这就出现了第五个维度，也可以叫五维空间。 同理如果要描述光“电磁场”那么就还要有磁场强度。这就是六维空间了。一般物质的外部性质也就是怎么多了。 但是如果还要描述物质的引力性质，那问题就复杂了。

那就要用到一个叫质量的维度“能量”，并且质量“能量”同时又改变其它空间维度的性质。那一个独立的物质就需要八维空间来描述它的存在。 如果宇宙中至少有两个物质，那么就需要十六个独立的维度才能描述引力。 所以引力波方程是十六维的。 回到三维，四维，就是描述物质性质必须有三个分量，四个分量。

回到四维空间的数学真实形式就是三维的长度空间和一维的时间共同形成四维时空。在数学是是黎曼代数的简化形式，洛伦兹形式。

其中阳的部分包括公共时空三个阳合并。阴的部分是十二维度的。形成的质子和中子等在万物空间有八个独立性质，其中四个是四维时空。万物的形成就是质子中子，电子等的演绎。

所以四维时空就是全体物质的阳形成的公共体系。其中一生二，形成时间。二生三，形成三维空间。

所以四维时空是全部物质共同形成的供全体存在其中的阳。是全体物质的一部分。

科学无止境

一维是点，二维是线，三维是面，四维是空间，五维是时间里的空间，六维是只存在意识中的空间。七维空间就是你想象不出来的那个空间，比如，宇宙大爆炸前的空间是什么样的？再比如，宇宙之外的空间是什么样的？八维空间就是人或人的意识消失之后，任何意义都没有的那个＂存在＂。

泰山道人2

四维空间只是我们推测的一个空间，其实际是否存在还需要画一个问号。不过最新的超弦理论却指出我们的空间整整有十个维度（这里不讨论时间维度），所以或许四维空间确实存在着。那么，四维空间长的如何呢？

由于我们三维生物只能够感受到三维的存在，故而即便是我们身处4维空间，我们也看不到四维空间的全貌，我们眼睛所看到还是三维。所以我们天生就不可能看得到四维空间长什么样子，就像二维生物永远无法看清三维空间的全貌一样。

不过我们虽然看不到四维空间，但是我们拥有智慧的大脑，我们可以想象四维存在是什么样子。四维空间由于多一个纬度，所以过一个点可以有四条相互垂直的直线，就像一个四维的长方体，除了长宽高，还会有另外一个边和这三个边垂直。如果把这个四维长方体放在我们空间，我们只能够看见它的三个纬度，还有一个纬度我们是看不见的。但是通过这个纬度却可以让这个长方体突然消失或者出现。而且通过这个纬度还可以直接链接到长方体的内部，甚至可以直接神不知鬼不觉地把这个长方体内部挖空!

说白了，三维的界面是二维，那么四维的界面就是我们三维了。我们只不过生活在四维空间的一个面上而已。

關鍵字: 四维空间 生活 宇宙