怎麼理解高維世界?

無限風光在險峰75206647


我們生活的時空是一個三維空間加時間的閔可夫斯基時空,對其他緯度的猜想從來沒有得到過實驗的驗證。高維空間還處於數學上設想。所以,用數學方法來了解高維空間反而更加容易一些:

0維就是一個幾何上的點;

1維就是一條線;

2維就是可以過任意一點做兩條相互垂直的直線;

3維就是可以過任意一點做三條相互垂直的直線;

4維就是可以過任意一點做四條相互垂直的直線;

以此類推,可以做出任意緯度的圖形:

圖:1到5維的圖形

如何理解多維空間呢?

我們從二維空間說起,假設有一個生活在二維空間的智慧生命,它將一件寶物放入了一個二維的保險箱裡(也就是一個方塊)。

作為三維空間的生命,可以通過更高一維進入這個保險櫃拿到寶物,對於二維生命來說,這幾乎無法理解。同樣,作為四維空間的生命可以任意進入我們銀行的保險櫃拿到寶物。

圖:二維生命不能有兩個開口,不然會被分成兩半


對於高維空間的設想,最著名的就是“蟲洞”。假設我們的空間是一張紙,從A點到B點的最近距離就是一條直線。如果把這張紙摺疊起來,讓A點和B點重合,並打通它(蟲洞),我們就可以瞬間從A點到達B點。

圖:蟲洞想象圖

蟲洞的名字又叫做愛因斯坦-羅森橋。是愛因斯坦和羅森在研究引力方程得到的一個解,他們假想有一個黑洞和一個白洞通過蟲洞連接。但愛因斯坦從來不認為蟲洞的設想是真實存在的,他認為這只是一個數學上的“伎倆”。

科學家們為了融合廣義相對論與量子力學,發展出來了超弦理論,超弦理論認為世界是十一維的(10維空間加時間),除去時間和三維外,其他的緯度都是蜷縮起來的,不能被我們感知。這個世界的最基本單位是弦,它的不同震動方式構成了不同的基本粒子。但這個理論可能在未來數百年都無法得到驗證。

圖:物質的構成

無論這個世界是由多少維構成的,我們都已生活在期間了。目前沒有證據能夠證明還存高於我們這個世界的高維空間。


講科學堂


除去時間維,我們所在的空間是三維,每一個物體都有長、寬、高三個維度。如果還有高維存在,那麼每一個物體還有一個額外的看不見的維度。這個維度和其它三個維相互垂直,但是我們卻無法看到。



我們可以嘗試這麼想,比如一個長方體,在我們三維空間看是密閉的。但是如果存在高維,則這個長方體在第四個維方向上就是敞口的,即我們可以在不破壞長、寬、高三維的基礎上,可以直接伸手進入這個立方體裡面,在裡面放置一個物體。顯然,在低維空間中我們就根本做不到。這種情況就像我們在二維紙面畫一個圓圈,對於存在於紙面的二維生物來說,其不破壞這個圓圈,就不可能進入園內部。但是在三維中,我們可以輕易地通過第三個維度直接進入圓的內部。




所以,對於我們來說第四維是隱藏的,但是它又和其它三維相連。我們可以通過第四維做到三維中做不到的事情。比如說蟲洞,它就是通過第四個維度把三維中相隔很遠的兩個點聯繫起來的,我們進入蟲洞,進入的就是第四維。


科學探秘頻道


答:人類能直觀感受的空間是三維,加上時間維度是四維,至於更高的維度我們無法直接想象出來,我們的大腦無法處理更高維度的信息,唯有利用數學去研究高維度的性質。


我們的三維空間,可以理解成由上下、左右、前後三個維度組成,在相對論中,時間被描述成第四維,利用光速的不變性,三維空間與一維時間共同組成了四維時空,也就是閔可夫斯基空間,只不過時間在公式中成了虛數。

在某些科學理論中,有對高維空間的描述和解釋,比如我國著名數學家丘成桐,就證明了六個維度的卡拉比-丘成桐空間在數學上的存在性,我們無法直接想象這個六維空間,但是計算機可以模擬出卡拉比-丘成桐空間在三維空間中的某個投影,如下圖:

利用類比的方法,立方體在平面上的投影是平面圖形,立方體包含的信息量遠遠高於投影的平面圖形;同樣六維空間在三維空間中的投影自然是三維的,該投影看起來非常複雜,要知道維度每增加一個,信息量將會大大增加,所以我們的大腦根本無法模擬高維空間。

就如可見光由七種顏色組成,但是我們知道可見光只是電磁波中非常小的一個波段而已,在可見光之外還有紫外線、紅外線、X射線等等,如果要你想象可見光之外的顏色,你是想破頭皮也想不出來的,因為那是超越人類想象的事物,高維空間也是一樣的。


不過我們利用數學,可以去研究高維空間的性質:

1、零維是點。

2、一維是線。

3、二維是面。

4、三維是立方體。

5、四維是超立方體。

……

在這超立方體就超出了人類的理解範圍,我們利用數學可以知道,超立方體在三維空間中的投影具有如下性質:

(1)在三維空間中,超立方體的投影是一個三維立體。

(2)隨著投影角度的變化,投影會出現不同的大小和形態。

(3)在所有投影中,超立方體最簡單的投影圖是立方體。

在大劉的《三體》中,有一個故事情節描述了在四維空間,我們能做出一些三維空間中看起來不可能完成的任務,比如在四維空間中,三維物體可以輕易進出三維空間中封閉的瓶子,我們可以在A地突然消失,然後在B地突然出現。

聽起來好像有點類似量子力學中的量子隧穿效應,或者是雙縫實驗中光子同時穿過兩條縫一樣神秘,至於兩者是否有聯繫就不得而知了。


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艾伯史密斯


先把現在的時空摸清再說吧。目前都認為空間三維,時間是一維。這是所有人類的共識。但有疑問了,目前的時間怎麼樣才能確定它不是和空間一樣也是三維的呢?說它是單向?它是不是單向還不只是目前我們人類單一的感知麼?人類的感知真的都是全面的?這簡直就是現代工業科技人員的恥辱?都能知道虛數和量子了,怎麼就不能否定批評一下人類自身的感知呢?這個問題沒有搞清楚,還是不要去琢磨什麼其他維度的時空吧?科技再牛再發達,也還是要以實際為主。比如,美國人的航天飛機那麼牛,俄羅斯的也是,我們國家也有,但是所有的這些都離不開0----9這幾個幼兒園裡孩子們都認為是最簡單數字的變化。 我就是拿這句話教育孩子的………這些變化太多,目前的科技思維應該是:如何把這裡一些有副作用的變化剔除。可是,歐美日英們從來就沒有考慮過。而我們國家則不然,我們是寧可限制性的瞭解,都不能讓它隨意氾濫……但現在我們國家被動的開始了現代文明,可我們中國卻沒有像其他歐美國家那樣用這些變化去坑害別人,去汙染天地人……我們反而是地球上唯一一個利用現代文明去否定現代文明的國家!這句話要是不說估計搞哲學的也想不起來。所以還是現實一些吧,開發研究對人類沒有危害副作用的發明創造才是未來所有人類行為的唯一準則!幻想這些不切實際的,還冠冕堂皇的言論只能禍害自己!


縱141793341


我們在這裡說的高維世界,不是閔可夫斯基空間,也就是不是“三維加時間軸”那種。


高維一般指的是數學概念,指的是一條直線上有多少垂直直線。

我們很難想象一個四維空間,四維空間只是一個數學概念。


如果說的複雜可能不懂的話,可以用投影來解釋,我們生活的就是三維空間,三維空間的投影就是二維空間


請看這個小孩。

小孩生活在三維空間,他的投影,就是一個二維。

我們可以看到,在三維空間的信息量是遠超過二維空間的,影子只能表達一個二維的信息,你看到了影子,這就是二維所表達的全部信息。

我們假設這個小孩背後藏了一個箱子,那麼這個投影是不是還是這個小孩啊?

當這個小孩拿出箱子,會發生什麼?

我們是三維的,我們看得到這個小孩背後的箱子,很容易看到小孩拿出箱子的。

但是如果你是影子呢?箱子從小孩背後拿出來,在地面上生成一個投影,如果是影子,是不是覺得“憑空”多了一個四方形出來?箱子在地上的投影就是四方形。

因為假設你是影子,你是“無法理解”為什麼會突然多了一個四方形出來的。


假設這個小孩抬一抬腳,會發生什麼?影子是無法“抬腳”的,對吧。

所以影子的表現形式只能是小孩的腿部陰影“縮短”了。

當小孩放下腳的時候,影子的表現形式就是小孩的腿部陰影“加長”了。

只有在三維世界,你才能明白這個事情為什麼會出現,而當你在二維空間的時候,你是無法理解這個東西的。


同樣的,如果是高維,比如說四維空間,我們也無法理解思維發生了什麼,思維空間是怎麼樣一個形式,要想理解四維空間,只能是通過四維的投影來理解。這需要我們的想象力,我們三維投影是個二維,四維投影就是個三維。

我們通過想象投影,來想象出四維空間是個什麼樣子。


但是正如同影子不可能理解三維空間,我們可能永遠無法理解四維是什麼樣子,只能通過“觀察投影”來猜想四維空間是什麼樣的,而至於真實四維是什麼樣的,誰也不清楚。


李建秋的世界


我們生活在四維時空,也就是通常所說的閔可夫斯基時空,三維空間加上時間維度,四維時空是真實的存在,而其他任何空間都只是虛擬想象的概念,基本上是數學上的假象概念,存在與否我們並不能確定,甚至我們不能完全理解!

通常所說的高維空間有兩種概念。一是時間這個維度可以延伸至更高的維度,比如說我們生活在四維時空,時間這個維度對於我們來說只有一個方向,只能向前,而五維度時空的時間維度可以有兩個方向,也就是說你可以看到過去的你,六維度時空裡你可以看到不同時間維度的你(比如說平行空間)……一直到十維度時空!

另外一種高維度指的是純粹的空間,也就是高維度空間,這種概念只是數學上的假象概念,簡單說,N維空間就是在一個點上有N條互相垂直的直線組成的空間,0維就是一和點,一維是一天直線,二維是一個面,三維就是我們所在的空間!

也有人認為高維度空間就是低維度空間的運動,比如說三維空間的運動形成四維空間,依此類推!

雖然很多人認為高維空間(時空)應該存在,但或許那只是一種錯覺,甚至僅僅在數學概念上高維度也不會存在,真正存在的只有我們所在的四維時空!

同時,有人說時間不能是一個維度,只有長寬高這樣的概念才能是一個維度,這種說法並不嚴謹,沒有那條法則規定時間不能是維度,有人說時間只是人為的定義,但長寬高何嘗不是認為定義的概念呢?況且愛因斯坦早就告訴我們,時間和空間時不可分割的整體,任何把時間和空間分開討論的話題都沒有意義!


宇宙探索


我們設想的第四維度世界可能只是開始。


當有人提到“不同的維度”時,我們往往會想到平行宇宙這樣的事情—與我們自己平行存在的另一種現實,但是事情發生的地方不同。然而,維度的現實以及它們如何在我們宇宙的秩序中發揮作用,與這種流行的描述非常不同。

分解來說,維度只是我們認為是現實的不同方面。我們立即意識到每天圍繞著我們的三個維度——定義宇宙中所有物體的長度、寬度和深度的維度(分別是x軸、y軸和z軸)。

除了這三個可見的維度,科學家們認為可能還有更多。事實上,超弦理論的理論框架假設宇宙存在於10個不同的維度。這些不同的方面支配著宇宙、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,第一個維度是賦予它長度的維度(即x軸)。對一維物體的良好描述是一條直線,它只存在於長度上,沒有其他可辨別的特性。

再加上第二維度、高度(即y軸),你會得到一個變成二維形狀的物體(例如正方形)。



第三維度涉及深度(即z軸),它給所有物體一種面積感和橫截面感。這方面的完美例子是立方體,它存在於三維空間中,有長度、寬度、深度,因此也有體積。

除了這三個維度之外,還有七個維度對我們來說並不顯而易見,但仍可被視為對我們所知的宇宙和現實有直接影響。

瞭解其他維度

科學家們認為,第四維度是時間,在任何給定的點支配著所有已知物質的性質。除了其他三個維度,及時瞭解一個物體的位置對於繪製其在宇宙中的位置至關重要。



其他維度是更深層的可能性發揮作用的地方,解釋它們與其他維度的相互作用對物理學家來說尤其棘手。

根據弦理論,第五維度和第六維度是可能世界概念產生的地方。如果我們能看到第五維度,我們會看到一個與我們自己略有不同的世界,這將為我們提供一種手段來衡量我們的世界和其他可能的世界之間的相似性和差異。



第六維度,我們會看到一個可能世界的平面,在這個平面上,我們可以比較和定位所有可能的宇宙,這些宇宙從與這個宇宙相同的初始條件開始(即宇宙大爆炸)中。理論上,如果你能掌握第五維度和第六維度,你就可以回到過去或者去不同的未來。

在第七維度中,你可以從不同的初始條件開始進入可能的世界。而在第五和第六個維度中,最初的條件是相同的,隨後的行動是不同的,在這裡,一切都不同於最初的時間。第八個維度再次給了我們一個這樣可能的宇宙歷史的平面,每個宇宙歷史都從不同的初始條件開始,無限延伸(這就是它們的原因)被稱為不定式)中。



在第九維度,我們可以比較所有可能的宇宙歷史,從所有不同的物理定律和初始條件開始。在第十個維度,也是最後一個維度,我們到達了一切可能和想象都被覆蓋的地方。除此之外,我們這些卑微的凡人無法想象任何事情,這使得它成為我們在維度上所能想象的自然限制。

理解理論

我們無法感知的另外六個維度的存在是必要的弦理論以便在本質上保持一致性。我們只能感知空間的四個維度,這一事實可以用兩種機制中的一種來解釋:



額外的尺寸在非常小的規模上被壓縮。我們的世界可能生活在一個三維子流形上,這個子流形對應於一個膜,在這個膜上,除了重力之外,所有已知的粒子都將受到限制(也稱為膜理論)。

如果額外的尺寸被壓縮,那麼額外的六個尺寸必須是卡拉比-尤流形的形式。就我們的感官而言,雖然感覺不到,但它們從一開始就控制著宇宙的形成。這就是為什麼科學家們相信,通過回溯時間,使用望遠鏡觀察早期宇宙(即數十億年前)的光線,他們可能能夠看到這些額外維度的存在會如何影響宇宙的進化。



就像大統一理論(也就是萬物理論)的其他候選人一樣,認為宇宙由十個維度組成(或者更多,取決於你使用的弦理論模型)是試圖調和粒子物理的標準模型和重力的存在。簡而言之,它試圖解釋所有已知的力(重力,電磁)在我們的宇宙中互動,以及其他可能的宇宙本身如何運作。


軍機處留級大學士


高維度世界這個問題看似簡單,其實很不好回答。對於維度空間這個問題,目前有很多人產生疑惑,感到維度空間就象科幻電影一樣,是在吹神化。不過,我的理解是0維空間就是點,一維空間就是線,二維空間是面,三維空間是立體,四維空間能突破時間概念,五維空間能突破光速,總之維度空間越高能顛覆我們人類的認知理論,比如:蟲洞,超光速星際旅行。

目前,隨著人類科學技術的飛速發展,人們也開始把探索的目光放在了宇宙當中,進行深空探測,突破所有科學技術侷限,能夠移民外星球。當然,我們所有人都知道人類其實是生活在三維空間裡,所謂三維空間就是長.寬.高三維空間,在這個三維世界,其時我們就是生活在一個立體空間裡,能夠看到的也就是上下,前後,左右的空間。如果人類能夠突破三維空間,到達高維度空間,那麼,時間概念就不存在,就會顛覆不能超光速的極限,對人類的科學技術來說是一個質的飛躍。





用戶4546779864196鍾


高維度的空間可能有多種形式。我們的宇宙可能只是這些形式當中的一種。叫做時空。

在數學上通過邏輯推理得出的那種多維空間,實際上並不適合我們去想象。而物理上的宇宙也並非像數學描述的那個樣子。物理中的宇宙受到的限制更多,更復雜。他有可能是彎曲的,扭曲的,或者甚至還帶了一個洞。或者還佈滿了縫隙,在縫隙間有無數的洞向內塌陷,自成體系,或許另外的一個宇宙就隱藏其中。


上面只是對高維世界的一個形象的描述,下面我們來看看幾種看待高緯度空間的視角:

蜷縮的維度

有一種認識是基於認可愛因斯坦的時空觀,認為我們的宏觀時空是由三個空間維度和一個時間維度構成,但其他更高的維度則是蜷縮在這個時空的縫隙當中,或許就會與普朗克尺度以下,在那裡是量子漲落現象,或者說微黑洞現象主導的世界。那些掌握的量子或者微黑洞,就是瞬間誕生和消滅的其他維度構成的宇宙。我們沒有手段可以觀察到小於普朗克尺度的結構,因此也很難對這些維度進行了解。因此這樣一種認識很難得到證實。(悟空問答·小宇堂-未經授權嚴禁轉載)


但蜷縮的維度的觀點,確實為量子現象以及暗能量(或者說真空了)的本質提供了一種解釋途徑。

我們所處的時空並不是連續和緊湊的,時空微小的離散縫隙為量子的“鬼魅”特徵創造了基本的邏輯土壤。

維度與尺度的統一

這一種觀點認為,我們沒有必要把空間認為是全局一體的,空間不一定需要在統一的尺度上具有相同的性質。實際上閔可夫斯基夫的時空觀已經向我們展示了一種對時空的劃分方式。即“類時”時空和“類空”時空兩部分(其中間還有一個“類光”的界面。)——可能我們沒有仔細思考過,這個時空當中有大量我們去不了的地方(例如一秒後31萬公里的地方)。



於是,借用閔可夫斯基的時空觀,我們可以認為,那些我們去不了也影響不了的時空部分(類空部分),實際上就是一個與我們孤立的世界。而這樣的世界的範圍非常廣泛,他們因與我們的時空距離的差異而與我們的歷史形成程度不一的物理因果關係,但只要距離足夠遠(甚至是無窮遠),就能夠存在一個區域與我們的世界完全沒有關係——那就是另外一個宇宙了。如此擴展下去,就可能有無數個這樣孤立的世界並行的在運行,形成了一系列平行世界。這些世界的集合構成了一個新維度,但實際上這個新維度不過是原來的時空尺度的延伸,但它等效於一個新維度。

所以讓我們回顧剛才的邏輯,尺度只要足夠大,就能形成新的維度。也就是說,尺度和維度實際上是一種東西。尺度大到一定的程度,就形成了維度的劃分。或者更泛化一點來說,維度和尺度都是相對的。就像一個細菌對人類來說,完全生活在另外一個世界當中(其生滅對人類影響幾乎可以忽略)。而人類文明的歷史,對於整個宇宙來說,也不過是一瞬間而已——尺度相差超過一定的數量級,就導致物理因果影響逐漸趨近於零,新的維度就誕生了。



總結

這個觀點跟前面的第1個觀點,實際上是取了尺度的兩個極端,一個向極微觀看,一個向極宏觀看,更高的維度就誕生在這極小和極大的邊界上。

這只是個人對高維度世界的理解方式,供各位參考。


小宇堂


其實這是一個很深奧的問題,我對於高維世界也不是很瞭解。我們生活在四維空間中,但是值得知道的事是宇宙是一個有更高緯度的世界,高維世界究竟是怎麼樣的呢!



根據資料顯示世界最高存在十一維,這是根據數學的觀點去思考的,所以很多人都不太瞭解。


我們現在對五維空間的解釋還是比較多的,五維空間就是一系列平行宇宙的疊加,它有著自己特殊的運動和維度。更高維的空間一種可能是通過時間的更高緯度去實現,這種方式目前並沒有突破目前的想象力,所以還是可能被接受的。

其實宇宙是一個神奇的個體,無時無刻都存在著令人意想不到的事情出現,我們現在的科學技術在不斷的進步,對於宇宙的探索也在一步步的加深,我相信在不久的將來,我們對於宇宙這個大的個體一定會更加的瞭解。

我是莫非小醫生說1,歡迎大家評論關注


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