怎么理解高维世界?

无限风光在险峰75206647


我们生活的时空是一个三维空间加时间的闵可夫斯基时空,对其他纬度的猜想从来没有得到过实验的验证。高维空间还处于数学上设想。所以,用数学方法来了解高维空间反而更加容易一些:

0维就是一个几何上的点;

1维就是一条线;

2维就是可以过任意一点做两条相互垂直的直线;

3维就是可以过任意一点做三条相互垂直的直线;

4维就是可以过任意一点做四条相互垂直的直线;

以此类推,可以做出任意纬度的图形:

图:1到5维的图形

如何理解多维空间呢?

我们从二维空间说起,假设有一个生活在二维空间的智慧生命,它将一件宝物放入了一个二维的保险箱里(也就是一个方块)。

作为三维空间的生命,可以通过更高一维进入这个保险柜拿到宝物,对于二维生命来说,这几乎无法理解。同样,作为四维空间的生命可以任意进入我们银行的保险柜拿到宝物。

图:二维生命不能有两个开口,不然会被分成两半


对于高维空间的设想,最著名的就是“虫洞”。假设我们的空间是一张纸,从A点到B点的最近距离就是一条直线。如果把这张纸折叠起来,让A点和B点重合,并打通它(虫洞),我们就可以瞬间从A点到达B点。

图:虫洞想象图

虫洞的名字又叫做爱因斯坦-罗森桥。是爱因斯坦和罗森在研究引力方程得到的一个解,他们假想有一个黑洞和一个白洞通过虫洞连接。但爱因斯坦从来不认为虫洞的设想是真实存在的,他认为这只是一个数学上的“伎俩”。

科学家们为了融合广义相对论与量子力学,发展出来了超弦理论,超弦理论认为世界是十一维的(10维空间加时间),除去时间和三维外,其他的纬度都是蜷缩起来的,不能被我们感知。这个世界的最基本单位是弦,它的不同震动方式构成了不同的基本粒子。但这个理论可能在未来数百年都无法得到验证。

图:物质的构成

无论这个世界是由多少维构成的,我们都已生活在期间了。目前没有证据能够证明还存高于我们这个世界的高维空间。


讲科学堂


我们在这里说的高维世界,不是闵可夫斯基空间,也就是不是“三维加时间轴”那种。


高维一般指的是数学概念,指的是一条直线上有多少垂直直线。

我们很难想象一个四维空间,四维空间只是一个数学概念。


如果说的复杂可能不懂的话,可以用投影来解释,我们生活的就是三维空间,三维空间的投影就是二维空间


请看这个小孩。

小孩生活在三维空间,他的投影,就是一个二维。

我们可以看到,在三维空间的信息量是远超过二维空间的,影子只能表达一个二维的信息,你看到了影子,这就是二维所表达的全部信息。

我们假设这个小孩背后藏了一个箱子,那么这个投影是不是还是这个小孩啊?

当这个小孩拿出箱子,会发生什么?

我们是三维的,我们看得到这个小孩背后的箱子,很容易看到小孩拿出箱子的。

但是如果你是影子呢?箱子从小孩背后拿出来,在地面上生成一个投影,如果是影子,是不是觉得“凭空”多了一个四方形出来?箱子在地上的投影就是四方形。

因为假设你是影子,你是“无法理解”为什么会突然多了一个四方形出来的。


假设这个小孩抬一抬脚,会发生什么?影子是无法“抬脚”的,对吧。

所以影子的表现形式只能是小孩的腿部阴影“缩短”了。

当小孩放下脚的时候,影子的表现形式就是小孩的腿部阴影“加长”了。

只有在三维世界,你才能明白这个事情为什么会出现,而当你在二维空间的时候,你是无法理解这个东西的。


同样的,如果是高维,比如说四维空间,我们也无法理解思维发生了什么,思维空间是怎么样一个形式,要想理解四维空间,只能是通过四维的投影来理解。这需要我们的想象力,我们三维投影是个二维,四维投影就是个三维。

我们通过想象投影,来想象出四维空间是个什么样子。


但是正如同影子不可能理解三维空间,我们可能永远无法理解四维是什么样子,只能通过“观察投影”来猜想四维空间是什么样的,而至于真实四维是什么样的,谁也不清楚。


李建秋的世界


我们生活在四维时空,也就是通常所说的闵可夫斯基时空,三维空间加上时间维度,四维时空是真实的存在,而其他任何空间都只是虚拟想象的概念,基本上是数学上的假象概念,存在与否我们并不能确定,甚至我们不能完全理解!

通常所说的高维空间有两种概念。一是时间这个维度可以延伸至更高的维度,比如说我们生活在四维时空,时间这个维度对于我们来说只有一个方向,只能向前,而五维度时空的时间维度可以有两个方向,也就是说你可以看到过去的你,六维度时空里你可以看到不同时间维度的你(比如说平行空间)……一直到十维度时空!

另外一种高维度指的是纯粹的空间,也就是高维度空间,这种概念只是数学上的假象概念,简单说,N维空间就是在一个点上有N条互相垂直的直线组成的空间,0维就是一和点,一维是一天直线,二维是一个面,三维就是我们所在的空间!

也有人认为高维度空间就是低维度空间的运动,比如说三维空间的运动形成四维空间,依此类推!

虽然很多人认为高维空间(时空)应该存在,但或许那只是一种错觉,甚至仅仅在数学概念上高维度也不会存在,真正存在的只有我们所在的四维时空!

同时,有人说时间不能是一个维度,只有长宽高这样的概念才能是一个维度,这种说法并不严谨,没有那条法则规定时间不能是维度,有人说时间只是人为的定义,但长宽高何尝不是认为定义的概念呢?况且爱因斯坦早就告诉我们,时间和空间时不可分割的整体,任何把时间和空间分开讨论的话题都没有意义!


宇宙探索


高维度的空间可能有多种形式。我们的宇宙可能只是这些形式当中的一种。叫做时空。

在数学上通过逻辑推理得出的那种多维空间,实际上并不适合我们去想象。而物理上的宇宙也并非像数学描述的那个样子。物理中的宇宙受到的限制更多,更复杂。他有可能是弯曲的,扭曲的,或者甚至还带了一个洞。或者还布满了缝隙,在缝隙间有无数的洞向内塌陷,自成体系,或许另外的一个宇宙就隐藏其中。



上面只是对高维世界的一个形象的描述,下面我们来看看几种看待高纬度空间的视角:

蜷缩的维度

有一种认识是基于认可爱因斯坦的时空观,认为我们的宏观时空是由三个空间维度和一个时间维度构成,但其他更高的维度则是蜷缩在这个时空的缝隙当中,或许就会与普朗克尺度以下,在那里是量子涨落现象,或者说微黑洞现象主导的世界。那些掌握的量子或者微黑洞,就是瞬间诞生和消灭的其他维度构成的宇宙。我们没有手段可以观察到小于普朗克尺度的结构,因此也很难对这些维度进行了解。因此这样一种认识很难得到证实。(悟空问答·小宇堂-未经授权严禁转载)



但蜷缩的维度的观点,确实为量子现象以及暗能量(或者说真空了)的本质提供了一种解释途径。

我们所处的时空并不是连续和紧凑的,时空微小的离散缝隙为量子的“鬼魅”特征创造了基本的逻辑土壤。

维度与尺度的统一

这一种观点认为,我们没有必要把空间认为是全局一体的,空间不一定需要在统一的尺度上具有相同的性质。实际上闵可夫斯基夫的时空观已经向我们展示了一种对时空的划分方式。即“类时”时空和“类空”时空两部分(其中间还有一个“类光”的界面。)——可能我们没有仔细思考过,这个时空当中有大量我们去不了的地方(例如一秒后31万公里的地方)。



于是,借用闵可夫斯基的时空观,我们可以认为,那些我们去不了也影响不了的时空部分(类空部分),实际上就是一个与我们孤立的世界。而这样的世界的范围非常广泛,他们因与我们的时空距离的差异而与我们的历史形成程度不一的物理因果关系,但只要距离足够远(甚至是无穷远),就能够存在一个区域与我们的世界完全没有关系——那就是另外一个宇宙了。如此扩展下去,就可能有无数个这样孤立的世界并行的在运行,形成了一系列平行世界。这些世界的集合构成了一个新维度,但实际上这个新维度不过是原来的时空尺度的延伸,但它等效于一个新维度。

所以让我们回顾刚才的逻辑,尺度只要足够大,就能形成新的维度。也就是说,尺度和维度实际上是一种东西。尺度大到一定的程度,就形成了维度的划分。或者更泛化一点来说,维度和尺度都是相对的。就像一个细菌对人类来说,完全生活在另外一个世界当中(其生灭对人类影响几乎可以忽略)。而人类文明的历史,对于整个宇宙来说,也不过是一瞬间而已——尺度相差超过一定的数量级,就导致物理因果影响逐渐趋近于零,新的维度就诞生了。

总结

这个观点跟前面的第1个观点,实际上是取了尺度的两个极端,一个向极微观看,一个向极宏观看,更高的维度就诞生在这极小和极大的边界上。

这只是个人对高维度世界的理解方式,供各位参考。


小宇堂


除去时间维,我们所在的空间是三维,每一个物体都有长、宽、高三个维度。如果还有高维存在,那么每一个物体还有一个额外的看不见的维度。这个维度和其它三个维相互垂直,但是我们却无法看到。



我们可以尝试这么想,比如一个长方体,在我们三维空间看是密闭的。但是如果存在高维,则这个长方体在第四个维方向上就是敞口的,即我们可以在不破坏长、宽、高三维的基础上,可以直接伸手进入这个立方体里面,在里面放置一个物体。显然,在低维空间中我们就根本做不到。这种情况就像我们在二维纸面画一个圆圈,对于存在于纸面的二维生物来说,其不破坏这个圆圈,就不可能进入园内部。但是在三维中,我们可以轻易地通过第三个维度直接进入圆的内部。




所以,对于我们来说第四维是隐藏的,但是它又和其它三维相连。我们可以通过第四维做到三维中做不到的事情。比如说虫洞,它就是通过第四个维度把三维中相隔很远的两个点联系起来的,我们进入虫洞,进入的就是第四维。


科学探秘频道


我们设想的第四维度世界可能只是开始。


当有人提到“不同的维度”时,我们往往会想到平行宇宙这样的事情—与我们自己平行存在的另一种现实,但是事情发生的地方不同。然而,维度的现实以及它们如何在我们宇宙的秩序中发挥作用,与这种流行的描述非常不同。

分解来说,维度只是我们认为是现实的不同方面。我们立即意识到每天围绕着我们的三个维度——定义宇宙中所有物体的长度、宽度和深度的维度(分别是x轴、y轴和z轴)。

除了这三个可见的维度,科学家们认为可能还有更多。事实上,超弦理论的理论框架假设宇宙存在于10个不同的维度。这些不同的方面支配着宇宙、大自然的基本力量以及宇宙中包含的所有基本粒子。

如上所述,第一个维度是赋予它长度的维度(即x轴)。对一维物体的良好描述是一条直线,它只存在于长度上,没有其他可辨别的特性。

再加上第二维度、高度(即y轴),你会得到一个变成二维形状的物体(例如正方形)。



第三维度涉及深度(即z轴),它给所有物体一种面积感和横截面感。这方面的完美例子是立方体,它存在于三维空间中,有长度、宽度、深度,因此也有体积。

除了这三个维度之外,还有七个维度对我们来说并不显而易见,但仍可被视为对我们所知的宇宙和现实有直接影响。

了解其他维度

科学家们认为,第四维度是时间,在任何给定的点支配着所有已知物质的性质。除了其他三个维度,及时了解一个物体的位置对于绘制其在宇宙中的位置至关重要。



其他维度是更深层的可能性发挥作用的地方,解释它们与其他维度的相互作用对物理学家来说尤其棘手。

根据弦理论,第五维度和第六维度是可能世界概念产生的地方。如果我们能看到第五维度,我们会看到一个与我们自己略有不同的世界,这将为我们提供一种手段来衡量我们的世界和其他可能的世界之间的相似性和差异。



第六维度,我们会看到一个可能世界的平面,在这个平面上,我们可以比较和定位所有可能的宇宙,这些宇宙从与这个宇宙相同的初始条件开始(即宇宙大爆炸)中。理论上,如果你能掌握第五维度和第六维度,你就可以回到过去或者去不同的未来。

在第七维度中,你可以从不同的初始条件开始进入可能的世界。而在第五和第六个维度中,最初的条件是相同的,随后的行动是不同的,在这里,一切都不同于最初的时间。第八个维度再次给了我们一个这样可能的宇宙历史的平面,每个宇宙历史都从不同的初始条件开始,无限延伸(这就是它们的原因)被称为不定式)中。



在第九维度,我们可以比较所有可能的宇宙历史,从所有不同的物理定律和初始条件开始。在第十个维度,也是最后一个维度,我们到达了一切可能和想象都被覆盖的地方。除此之外,我们这些卑微的凡人无法想象任何事情,这使得它成为我们在维度上所能想象的自然限制。

理解理论

我们无法感知的另外六个维度的存在是必要的弦理论以便在本质上保持一致性。我们只能感知空间的四个维度,这一事实可以用两种机制中的一种来解释:



额外的尺寸在非常小的规模上被压缩。我们的世界可能生活在一个三维子流形上,这个子流形对应于一个膜,在这个膜上,除了重力之外,所有已知的粒子都将受到限制(也称为膜理论)。

如果额外的尺寸被压缩,那么额外的六个尺寸必须是卡拉比-尤流形的形式。就我们的感官而言,虽然感觉不到,但它们从一开始就控制着宇宙的形成。这就是为什么科学家们相信,通过回溯时间,使用望远镜观察早期宇宙(即数十亿年前)的光线,他们可能能够看到这些额外维度的存在会如何影响宇宙的进化。



就像大统一理论(也就是万物理论)的其他候选人一样,认为宇宙由十个维度组成(或者更多,取决于你使用的弦理论模型)是试图调和粒子物理的标准模型和重力的存在。简而言之,它试图解释所有已知的力(重力,电磁)在我们的宇宙中互动,以及其他可能的宇宙本身如何运作。


军机处留级大学士


高维度世界这个问题看似简单,其实很不好回答。对于维度空间这个问题,目前有很多人产生疑惑,感到维度空间就象科幻电影一样,是在吹神化。不过,我的理解是0维空间就是点,一维空间就是线,二维空间是面,三维空间是立体,四维空间能突破时间概念,五维空间能突破光速,总之维度空间越高能颠覆我们人类的认知理论,比如:虫洞,超光速星际旅行。

目前,随着人类科学技术的飞速发展,人们也开始把探索的目光放在了宇宙当中,进行深空探测,突破所有科学技术局限,能够移民外星球。当然,我们所有人都知道人类其实是生活在三维空间里,所谓三维空间就是长.宽.高三维空间,在这个三维世界,其时我们就是生活在一个立体空间里,能够看到的也就是上下,前后,左右的空间。如果人类能够突破三维空间,到达高维度空间,那么,时间概念就不存在,就会颠覆不能超光速的极限,对人类的科学技术来说是一个质的飞跃。





用户4546779864196钟


其实这是一个很深奥的问题,我对于高维世界也不是很了解。我们生活在四维空间中,但是值得知道的事是宇宙是一个有更高纬度的世界,高维世界究竟是怎么样的呢!

根据资料显示世界最高存在十一维,这是根据数学的观点去思考的,所以很多人都不太了解。


我们现在对五维空间的解释还是比较多的,五维空间就是一系列平行宇宙的叠加,它有着自己特殊的运动和维度。更高维的空间一种可能是通过时间的更高纬度去实现,这种方式目前并没有突破目前的想象力,所以还是可能被接受的。

其实宇宙是一个神奇的个体,无时无刻都存在着令人意想不到的事情出现,我们现在的科学技术在不断的进步,对于宇宙的探索也在一步步的加深,我相信在不久的将来,我们对于宇宙这个大的个体一定会更加的了解。

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莫非小医生说1


先把现在的时空摸清再说吧。目前都认为空间三维,时间是一维。这是所有人类的共识。但有疑问了,目前的时间怎么样才能确定它不是和空间一样也是三维的呢?说它是单向?它是不是单向还不只是目前我们人类单一的感知么?人类的感知真的都是全面的?这简直就是现代工业科技人员的耻辱?都能知道虚数和量子了,怎么就不能否定批评一下人类自身的感知呢?这个问题没有搞清楚,还是不要去琢磨什么其他维度的时空吧?科技再牛再发达,也还是要以实际为主。比如,美国人的航天飞机那么牛,俄罗斯的也是,我们国家也有,但是所有的这些都离不开0----9这几个幼儿园里孩子们都认为是最简单数字的变化。 我就是拿这句话教育孩子的………这些变化太多,目前的科技思维应该是:如何把这里一些有副作用的变化剔除。可是,欧美日英们从来就没有考虑过。而我们国家则不然,我们是宁可限制性的了解,都不能让它随意泛滥……但现在我们国家被动的开始了现代文明,可我们中国却没有像其他欧美国家那样用这些变化去坑害别人,去污染天地人……我们反而是地球上唯一一个利用现代文明去否定现代文明的国家!这句话要是不说估计搞哲学的也想不起来。所以还是现实一些吧,开发研究对人类没有危害副作用的发明创造才是未来所有人类行为的唯一准则!幻想这些不切实际的,还冠冕堂皇的言论只能祸害自己!


纵141793341



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