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人类为什么想象不出四维空间?

爱因斯坦在相对论中,提出四维时空的概念,我们生活在三维空间+一维时间的时空领域中,时间对应着三维空间的位置和状态。

但是空间真的只有三维吗?随着科学家对微观世界的探索,越来越多的科学家相信,这个世界存在更高维度的空间。

我们知道一维、二维、三维,但人类却永远无法想象四维空间是什么样子!

四维空间,超出了人类的认知?

由于我们生活在三维空间,因此对低维度空间了如指掌。

一维的线条、二维的平面、三维的体积,但是对于四维空间,人类毫无想象空间,因为四维空间是一个完全未知的领域,超出了人类的认知。

人类虽然具有想象力,但想象力基本来源于生活中的认知,科幻作品中,往往都可以找到熟悉的影子。如果让我们想象一下未来的生活,第一反应可能就是会飞的汽车,更高的建筑等等,因为这些就是我们生活中常见的事物。

想象力,就是给予已有知识的一种拓展和拼接。

四维空间,则是一个完全没有认知的领域,一切为“0”,自然难以想象。既然无法想象,人类就需要通过另一种方式推测四维空间――找规律。

幸运的是,我们生活在三维空间,我们具有一维至三维的全部空间认知,因此可以通过找规律的方式,大致推断出四维空间的特征。

了解四维空间的具体特征,或许就可以搭建出满足条件的模型,让我们看一看四维空间的“影子”。

四维空间具有什么规律?

空间维度的提升,往往具有特定的规律,一维空间就是一条单纯的X轴;进入到二维空间,出现了与X轴垂直的Y轴,两条轴线定义了长和宽;进入到三维空间,出现了同时与X轴、Y轴垂直的Z轴,三条轴线定义了长、宽、高。

从轴线的规律来看,四维空间也应该出现一条额外的轴线,并且同时垂直三维空间的三条轴线。

可惜的是,无论是你的大脑还是最聪明的人类大脑,都只能从一维到三维的角度考虑空间,第四维的轴线无法想象,因为我们没有任何相关的认知。

通过空间维度的提升, 我们还可以找到其他规律。

从二维空间观察一维空间,所有的线条都可以尽收眼底,也就是说,二维空间可以看到一维空间的全部事物;但一维空间看自己呢?只能看到一个点。

从三维空间观察二维空间,也可以看到二维空间的全部事物,因为二维空间只是一个平面,三维空间可以占据高度,看到二维空间的一切;但二维空间看自己呢?只能看到局部的一条线。

通过高维度的空间视角观察低维度空间,可以观察到空间内的一切内容。如果四维空间观察三维空间,同样可以看到一切,即使是体积内部,从四维角度也可以一览无余。

这一条件也很难想象,不打开箱子,就可以看到箱子内的一切,即使使用人类最先进的科技手段,也很难完美做到。

四维空间,真的毫无线索吗?

人类对四维空间毫无认知感,基本没有想象空间,那么四维空间真的遥不可及吗?

爱因斯坦的虫洞理论,为四维空间提供了线索,如果人类可以在宇宙中找到天然的虫洞,或许就可以直观看到四维空间的产物。

为什么说虫洞就是四维空间呢?这依旧是使用类比法得到的结论。当我们解释虫洞时,经常使用一张纸举例,这就是从二维空间举例子。

一张纸折叠,让两个点从空间上靠近,这其实建立了三维空间的高度,二维空间的虫洞,就是具有高度的“通道”,从二维角度来看,虫洞就是一个“洞”。

那么类比推测一下,三维空间的虫洞,就是建立四维空间的“通道”,从三维角度来看,虫洞就是一个“球”。

虽然被称为虫洞,在三维空间,虫洞就像是一个特殊的天体,进入虫洞,我们也就进入到了四维空间。

生活在三维空间的我们,如果进入到四维空间会发生什么?没有人知道,或许我们会进化成四维空间的生物,获得观察世界的全新视角;如果我们没有进化,那么在四维空间,我们会像漫画中的人物一样,无法干预四维空间,生命、机器的所有机能都会停止,只能进行观察。

毕竟在三维空间,二维的漫画和动画作品,是无法干预和影响三维世界的~