如果我们进去四维空间会发生什么?

学物理的金小哲


首先四维空间现在只是科学界的想象,存在不存在还难说。再说我们对于我们自己的世界尚且搞不清楚。人类对于时空的认知有些偏执,物质形成的时候,4维空间形成的概率不大,3比较稳定,没有完全否定四维空间的存在。

人类对时空的了解太少。现在从时空结构谈起。人类还无法想到物质的本体,时空结构,就是实体粒子的场,从时空结构看多维就容易了,可以做很多数学推算。人类为什么不多看看时间,时间多维呢?这个更难吧,更有意思。

时空是物质的一体两面,不会同时显性,这就是测不准原理的根本。物质可以这样表示,(S T),S表示空间,T表示时间,时空有显性隐性,隐性的加虚数i。我们的世界是万有引力的世界,三维空间一维时间,有没有其他维度的呢,光子质量是零,空间维度没有展开,定义为零,不是没有,可能是正负空间的和为零,因为看得见光,所以时间维度为一维。如果这个光子的时间维增加一个维度呢,我们可能看不见了,因为一维的习惯了,这个速度是光速的二次方,三维时间则是三次方。因为时间不像空间那样可以三维可以展开,时间是从前到后一直那么流动,时间维只能叠加,叠加就是在维度上再次加速。

时间空间是对称的,阴阳生阴阳合。

与其猜测多维空间,不如反过来看看多维时间吧。这个也好玩。


时空量子论


这是一个非常有意思的问题,我们先从眼睛说起。

我们在三维世界中,遇见的一切物体,不论是薄薄的纸张,还是立体的建筑。它们的光线,最终都会投射到我们的视网膜上——一张二维的膜。而我们每只眼睛所看到的图像,也都是二维的。(虽然之后会通过双眼视差来恢复,但基本还是二维的,因为你看不到背面)

这其实就是投影。我们再看看「二维的生物」如何看世界——它们的视网膜是一维的。可以论证,四维的生物,如果看世界,它们所看到的画面,是三维的。一个盒子,可以同时看到里面和外面,对于四维生物来说,无所谓三维的内外。

但是,我们进入四维空间之后,并不会得到这个超能力。就如二维的纸从桌上拿起来之后,也不会变成三维的物质一样。我们进入四维空间之后,看到的仍然是二维的画面。接触到的,仍然是三维的物体。只是有一些奇怪的地方:

比如,有的东西会以奇怪的形式相交:

这是我几年前绘制的四维球体(在三维上的投影)。注意看上下两处,其实是自我相交了的。但在实际上,它并没有自我相交,这只是视觉上的幻象。

而从物理上来说,如果高斯定理始终成立的话,那在四维空间中,库仑力、磁力、引力,都会衰减的非常快。以至于以我们现在的原子排布,只要进入四维空间,就会立刻瓦解。

从前面的分析出发,你还能推理出四维空间看起来会是什么样的?


章彦博


身处三维空间的我们,其实是不可能想象或者画出四维空间的。

就像题主说的,一维是一条线,二维是一个面,三维就是一个立方体,还有零维的点。


但关于四维空间,尽管我们可以用一定的数学语言描述,但真正的四维空间什么样,我们是没法用其他语言描述的,甚至不可想象。

注意,这里值得说明的是,四维空间是纯粹上的四个空间维度,这和爱因斯坦描述的四维时空(三个空间维度和一个时间维度)有本质上的差别的。


上图呈现的四维空间,其实只是四维空间的“超立方体”在三维空间的投影,从这个投影我们能了解到一些关于四维空间的信息,但就像我上面说的一样,真正的四维空间对于身处三维的我们永远无法画出。

来自四维空间神奇的东西。


克莱因瓶是一种无定向性的拓扑平面,它没有“内部”和“外部”之分。在三维空间里,它呈现出来的就是瓶颈和瓶身相交,但在四维空间里的,瓶颈和瓶身却不是相交的。

相似的性质在莫比乌斯带上也略见一二。

我们进入四维空间会发生什么?

理论上,我们就处在四维空间里,就像蚂蚁也处在三维空间一样,但它感知的世界只是二维空间,同样我们感知的世界的却只是三维的。

真正能感知四维空间的生物,它能自由穿梭于三维空间,就像我们人一样不是活在一张纸里。

我们认为的三维世界里的没有一点缝隙的铜墙铁壁,对于这些感知四维空间存在的生物而言,这铜墙铁壁,到处是通往外面的世界。三维意义上的监狱失去了存在的意义,而人类对此确实束手无策。


我们人类如果真的能进入并感知这样的空间,对于三维世界的生物而言,它们看到的人类,可以说和神仙无疑了。


挡不住的熵增


要讲明白这个问题,我们可以先假设一个二维世界的人进入三维世界会发生什么?

如果我们能够看得到二维世界里的人,那么我们只要轻松地在他身体周围画上一个圆形,那这个二维人就会一辈子被困在这个圈里。圈外的二维人也看不到这个被困的朋友,他们想尽办法终于打开了这个圆形。但在他们打开之前,你一使劲把这个二维人拽到了三维世界里。等二维人打开“监狱”一看,怎么可能,那个二维朋友竟然凭空消失了。

不可思议!无法解释!

我想,如果我们进入了四维空间,或者说四维空间里的人,也具有这种让我们凭空消失的能力。只因为他们比我们多一个维度。

那,我们如果来到来到四维世界,看到的会是什么样子呢?

以三维世界的正方体为例。

在二维世界中,只有正方形的概念,在三维世界,正方形变为正方体,而在四维世界中,正方体继续升级成为超正方体。它比正方体足足多了8个顶点,共有24个面。

四维世界只是比三维世界多了一个空间维度,但整个世界的样子却发生了翻天覆地的变化。

你可能会问,怎么从三维世界进入四维世界呢?

很难!但并不是不可能。

这个是什么原理呢?

我们假设二维世界是一张平面弹簧床,此时,我们放一个大质量的东西在这个弹簧床上,这个弹簧床会被压出一个极深的大坑。当这个坑足够足够大,此时,你会发现,二维世界因为压迫竟然相交了,二维动物进入了三维空间。

三维世界进入四维也是这样的。而大质量的天体扮演的正是这种角色。

而大质量的天体,如黑洞、中子星等就可以起到这种效果,因为它们会将三维世界无限的弯曲,进而发生相交。

四维的时空真的很难想象是什么样子,就像二维世界里,看到的我们一样。

让难懂的科学,变简单,变有趣,欢迎关注“科学重口味”!


科学重口味


不知道。时空通讯的认识是我们三维空间宇宙的人类永远也进入不了四维空间。

空间维度是纯理论的东西,在数学上有着重要的意义。但在实际事物中,我们可以了解不同维度的事物,但所谓不同维度空间生物只是一个科幻或者奇幻的话题,不具有实际意义。

在数学建模中,普遍认为,零维是一个点,这个点没有长宽高,无限小,因此没有体积。科学界普遍认知宇宙大爆炸前就是一个奇点,这个奇点就是零维时空,人类现有所有理论都无法探知和理解,所以可以说是理论禁区。

一维是一根线,这根线是由无数个零维组成的,有长度没有宽度和高度,因此也是没有面积和体积的。二维是由无数个一维组成,有长宽没有高和厚度,因此是有面积的,却没有体积。三维就是我们的世界,有长宽高,是个立体形象,是由无数个二维组成的。
四维世界是个什么样子呢?数学建模认为四维空间是标准的欧几里得空间,可以拓展到n维。

四维空间是由无数个三维组成,第四维度也和三维空间的x、y、z坐标一样,具有同一性质的空间维度。

这似乎是一个很难理解的时空观,除了数学建模,在真实环境无法还原除三维空间以外的空间,而且对其他空间并没有一个统一和清晰的认识。

对这个所谓的四维空间,有许多猜想,比如在刘慈欣的《三体》小说里,就对四维空间有一些描述,进入那里,人们可以看到一切物体的无限细节,也可以触及任何最隐秘封闭的地方。这是一种十分需要想象力的描述。

但这个世界除了在我们所知的三维空间事物,在所有的维度并没有出现过生命或者某项事物,甚至我们没有体验过真正的其他维度是个什么样子。


时空通讯认为,我们能够看到其他维度的只有二维,就是影子。影子是比较符合二维事物的,它有长度和宽度,有面积,但没有高度和厚度,因此没有体积。

除此以外,什么零维、一维、二维谁看到过?人们可以随便说一个点一根线一张画就是零维一维二维的,但我说的是上面描述的真正的0维、一维、二维空间,不是人们观念中比喻的各维事物。

一张纸也有厚度,所以严格来说并不是二维事物。在纸上点一个点或者画一根线,都不是零维和一维事物,因为墨水也有体积,一个原子或电子都有体积,因此,一个点和一根线都不是零维或者一维事物。

一些人认为蚂蚁是二维世界的生物,完全是无知谬论。刚才说了,连电子都是有体积的,细菌和病毒都是由许多原子组成的,何况蚂蚁。

四维空间就更无法看到,只有海阔天空任意想象了。

美国科幻影片《星际穿越》中,也无法描述高维度空间,只弄了一个无数方格子无数个窗口的空间,来表明不同维度的事物。其实那还是一个三维空间。

我们根本无法想象在这些不同维度所谓“空间”的生物怎么生存,虽然有人描述了在二维空间和四维空间生物的状态,还有理论认为三维是四维的投影,二维是三维的投影等等,都只是一种想象。

所以四维空间到底存不存在都不知道,更别说进入了。既然不能进入,当然就不会怎样啦。如果真有四维空间,又能够进去,当然也不会死啦。

人类最大的特点就是能够心猿意马的想象,那就继续想象吧。反正想想不会死人,靠想象也弄不来饭吃,饿了就会回到现实中,回到我们这个三维世界,依然吃着三维食物继续想象。


时空通讯


如果我们进去四维空间会发生什么?

对于三维空间和低于我们三维空间的维度都很容易理解,因为我们可以看到它们,并且可以用图像表达出来,但对于高于我们的四维或者更高维却很难理解,毕竟我们没见过,即使在图纸上表示出来也仅仅是四维在三维空间里的一个投影而已。

从1-4维空间的三维投影表达方式,前面三个应该无需解释,但到了第四维就不好理解了。

从这个动图里可以看到,四维超体展开后除开中间的三维立方体之外还有另外7个包裹在外部的立方体,从这个上面似乎可以这样来理解,我们的三维空间是被四维空间全方位包围的,与一般意义上的包围不一样,这个无孔不入的包围,从空间到每一个原子,四维空间的智能生物体可以看一个解剖立体图一样将我们看穿,只要他们想要看到!


但我们似乎很难理解这种方式,就像二维生物在莫比斯环上没有回头却走遍了所有平面一样,三维空间里的克莱因瓶也一样,我们能理解是因为我们能看到和理解这样的表达方式!但我们能理解四维空间的表现方式吗?

如果理解了四维空间,那么我们进入四维空间后的最伟大发现就如中国历史上传说中“开天眼”一样,可以从佛祖或者上帝的角度观察这个世界,而不会被任何三维空间内的人员发现,并且四维空间应该是可以兼容三维生命的,因此即使进入了也不会有什么危险,但如果缺乏对维度的了解的话,也许您会发疯,因为看到的可能是毁三观的发现!


星辰大海路上的种花家



在看各种科幻电影时,经常会发现电影中提到「维度」这个概念。而我们人类,则是生活在三维空间中,那你们有没有想过。如果我们能够进入四维空间,会有什么变化呢?

我们是生活在三维空间中的,所以能感知到长宽高这三个维度。虽然我们在三维空间中,可以感觉到时间流失,但看不到时间的样子,也没办法控制时间的变化,这就是三维空间的局限性。而四维空间,则是在三个空间维度上加上了时间维度,所以想要进入四维空间,我们就要超脱于时间这个概念,也就是当一个人的绝对速度超越光速时。

那么就能进入到四维空间了,在四维空间中的世界,也不再是我们日常所熟悉的样子。人的身体有可能会被扭曲,当然如果能幸运的活下来,那就是妥妥的进入了上帝视角拉。我们能够看到时间线上的每一个点,也就是在三维世界中的过去与未来,都会呈现出来。而且我们还能够对里面的世界进行改变,而三维世界中的人们却感知不到我们的存在。

这就好比在二维平面中生活着一种纸片人,他们不能看到纸张以外的东西,而我们却可以看到他们。如果在纸张上画一个圈把纸片人围起来,他就无法从圈内出来了,或者把纸片人从平面里拿到其他纸张上,他们也是无法感知得到我们的存在。



找靓机科普君


说实话这个问题很难回答,因为目前是否存在真正的四维空间都难以定论。

什么是四维空间?

所谓四维中的维指的是维度,如果简单的来讲就是通过一点能否做出四条相互垂直的直线。

空间在这里就很好明白了,但是注意一定要把四维时空和四维空间区分开来。通常我们是如何表述四维空间呢?在数学中我们通常用投影的方式将四维空间表述出来。

在前面的回答中我曾说过,数学中研究高维是很有意义的,它不必对物理负责,可以随便突破维度,但是物理必须则不可以,所以关于四维空间的存在与否还是个问题。

进去四维空间会发生什么?

假设就算有四维空间,病并且通过一切方法进入了。但是如果一个人在四维空间生活,理论上他能观察到的东西我们想象不出来,因为想象是用脑子中原有因素搭建新事物的过程。

或者我们可以用类比,四维空间看三维空间,应该能同时看到你的前后左右,里里外外,通通透透。

意味什么呢?有可能在四维空间中即使是封闭得最严密的保险柜,你依然可以从一个“侧面”看见里面的全部内容。 甚至能看到螺丝钉。或者你拥有了玄幻小说中的“内视”能力,可以清楚的看到自己的肌肉、骨骼,以及血管里面流动着的血液,就好像你自己被解剖了一样。

总之,这一切都是猜测,根本不具有说服力。但是开开脑洞也不是不可以,你是怎么想的呢?


科学认识论


其实不存在所谓进入四维空间的这种命题。当然这个地方也存在着四维空间定义的问题。

从爱因斯坦的观念来说,我们就生活在由三个空间维度和一个时间维度构成的四维时空之中。但这个四维时空并不是完美的理想的四维时空,而是一个时间与空间交媾在一起的时空。中这个观点上来说,我们就生活在四维空间当中,虽然是一个比较特殊的,但这就是我们世界的物理现实。

在现实之外当然也有各种理论描述的四维空间。包括数学中描绘的理想的四维空间。这种理想的思维空间四个维度都是空间维度,所以我们的大脑非常难以想象它的样子。我们只能通过投影的方式来理解它,但就是这样理解起来也是很困难的。大家看看下面的四维超立方体在三维上的投影(但实际上是以二维平面透视画法的动画来表现的)



投影的方式实际上是从我们的生活经验当中总结出来的。即从三维立体向二维的投影(平面图形),二维平面图形向一维的投影(线段)。

但这样的四维空间并不是我们生活的这个,所以也就不存在进不进入的问题了。有时候理论仅仅是逻辑推理出来的理论而已,并不一定能够在现实中实现。


小宇堂


首先要弄明白一点,如果要想进入所谓的“四维空间”,必须要存在“四维空间”,如果连四维空间都不存在,何谈进入呢?

很多人认为四维空间肯定存在,但无论如何无法描述甚至无法理解到底什么是四维空间,而所谓的“超体”也只是停留在数学几何上的概念,本质上还没有脱离三维的概念!

换个角度来思考所谓的“四维”。如果存在更高维度,比如四维,那么理论上也应该存在更低的维度,比如二维,但是二维同样也是数学上的概念,我们找不到任何二维的东西,虽然理解起来很容易!

如果存在二维和二维生命,在很多人眼里,作为身在三维世界的人类来说,应该可以完全掌控二维世界里的一切,因为二维就是一个“平面”,是三维世界的“投影”,二维世界的生命无论如何无法感知我们的三维世界!

同样,如果真的存在四维世界,我们人类也无法感知他们的存在,而对于无法感知的东西,存不存在对于我们来说又有什么意义呢?即使存在也等于不存在!

还有一点,很多时候定式思维让我们在思考第四维度时必须要像“长宽高”那样具有“方向感”,但那只是几何上的概念,大自然并没有如此要求!

所以,时间为何不能是空间的第四个维度呢?时间空间本来就是不可分割的,而且时间也有方向性。就像《星际穿越》里描述的那样,主角穿越到五维度空间中那样!

很多时候,真理或许就在我们身边,但由于我们对周围事物太习以为常了,根本不会想到真理距离我们如此近,如此简单,我们宁愿相信真理是非常复杂的,这样才会体现真理的价值,因此常常会忽视它们的存在!就像牛顿发现万有引力,谁会“吃饱了撑着”去问苹果为何会落地?


分享到:


相關文章: