
咱們生活在這個(gè)世界上,每天走來(lái)走去,看到的、摸到的東西,都有長(zhǎng)、寬、高,這就是我們熟悉的三維空間。你看,咱們眼前的桌子,有長(zhǎng)度,有寬度,還有高度,咱們能清楚地說(shuō)出它在空間里的位置。在三維空間里,很多物理現(xiàn)象都能解釋得通,像牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力,還有電磁學(xué)里的庫(kù)侖定律,用三維空間來(lái)理解,那是恰到好處。
不過(guò)呢,有不少學(xué)者琢磨著,這宇宙里說(shuō)不定還有其他維度的空間,就比如說(shuō)四維空間。德國(guó)有個(gè)數(shù)學(xué)家叫閔可夫斯基,在愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論之后,他就提出了四維時(shí)空的概念,把時(shí)間當(dāng)成了第四維,和三維空間結(jié)合在一起,這就是閔可夫斯基時(shí)空。這四維空間,和咱們平常待的三維空間,可大不一樣。三維空間有長(zhǎng)、寬、高,能清楚描述物體的位置,而四維空間,在這基礎(chǔ)上又加了一個(gè)時(shí)間維度,就形成了時(shí)空的概念。在三維空間里,物體有明確的體積、形狀,位置關(guān)系也一目了然。但在四維空間里,物體的存在狀態(tài),不光和空間位置有關(guān),還和時(shí)間掛上了鉤。同一個(gè)物體,在不同時(shí)間點(diǎn),會(huì)處在不同空間位置,連起來(lái)就成了一條連續(xù)的時(shí)空軌跡。
這么說(shuō)吧,三維空間就好比咱們能實(shí)實(shí)在在看到、摸到的世界,物體在里頭,模樣、位置都清清楚楚。可四維空間呢,就有點(diǎn)玄乎了,因?yàn)槎嗔藭r(shí)間這個(gè)維度,而且人類的視覺(jué)系統(tǒng),只能適應(yīng)三維空間,對(duì)四維空間,很難直接想象出來(lái),只能借助數(shù)學(xué)模型,靠抽象思維去理解。打個(gè)比方,要是有個(gè)生活在四維空間的生物,那它的本事,咱們想都不敢想。咱們看一個(gè)三維物體,一次只能從一個(gè)角度看,可這個(gè)四維生物呢,它能同時(shí)看到物體的所有面。想象一下,看一個(gè)立方體的時(shí)候,咱們得轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去,才能看到它各個(gè)面,可四維生物,一眼就能把立方體的每一個(gè)面、每一條邊、每一個(gè)角都盡收眼底,就好像它有一雙特別神奇的眼睛,不用轉(zhuǎn)動(dòng)立方體,就能把它看透,這對(duì)咱們?nèi)祟惖拇竽X來(lái)說(shuō),實(shí)在是太難想象了。
還有那個(gè)有名的克萊因瓶,是德國(guó)數(shù)學(xué)家菲利克斯?克萊因在 19 世紀(jì)提出來(lái)的。這克萊因瓶啊,可神奇了,它沒(méi)有傳統(tǒng)意義上的內(nèi)表面和外表面之分,要是往瓶口倒水,水會(huì)沿著曲面一直循環(huán)流動(dòng),感覺(jué)水好像同時(shí)在瓶子里面和外面一樣。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),它得在四維空間里才能實(shí)現(xiàn),就是把圓柱體的一端在四維空間里扭曲 180°,再和另一端連接起來(lái),形成一個(gè)閉環(huán)。而且啊,要是沿著瓶身移動(dòng)一個(gè)箭頭,繞一圈之后,箭頭方向就反過(guò)來(lái)了,這就是它獨(dú)特的拓?fù)湫再|(zhì)。在咱們的三維空間里,根本做不出真正的克萊因瓶,為啥呢?因?yàn)樗臉?gòu)造得依靠第四維度的扭曲,在三維空間里硬要做,肯定會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的矛盾。這就好比,讓生活在二維平面里的生物,去理解三維空間里的莫比烏斯環(huán),那簡(jiǎn)直難如登天,咱們?nèi)祟惡涂巳R因瓶之間,也存在著這樣一道維度的鴻溝。
要是把四維空間的屬性,從空間換成時(shí)間,那在四維空間里的生物,可就厲害了,它能同時(shí)感知過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái),就像一臺(tái)超級(jí)時(shí)間機(jī)器,能看到所有事件的起因和結(jié)果。對(duì)咱們來(lái)說(shuō),時(shí)間就像一條不停向前流的河,誰(shuí)也攔不住;可對(duì)四維空間里的生物來(lái)說(shuō),時(shí)間就像一幅展開(kāi)的風(fēng)景圖,所有時(shí)刻都同時(shí)擺在眼前,它們看所有事件的發(fā)生,就跟咱們看電影調(diào)進(jìn)度條似的,能隨意切換到任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。這么看來(lái),在四維空間里,時(shí)間不再是看不見(jiàn)、摸不著的東西,而是像一個(gè)實(shí)實(shí)在在的實(shí)體。
但咱們?nèi)祟悾恢鄙钤谌S空間里,感官只能捕捉三維空間的信息,沒(méi)有專門感知額外維度的器官,思維習(xí)慣和認(rèn)知模式,也都是按照三維空間構(gòu)建的。所以啊,要突破這種定式,去想象和理解四維空間,實(shí)在太困難了。不過(guò),人類多聰明啊,是地球上最有智慧的生命,科技也一直在進(jìn)步。雖說(shuō)現(xiàn)在咱們還沒(méi)辦法解開(kāi)四維空間的奧秘,但只要一直努力下去,說(shuō)不定哪天,真能找到進(jìn)入四維空間的辦法呢。
好啦,今天關(guān)于四維空間的話題就聊到這兒啦。要是你對(duì)四維空間也感興趣,覺(jué)得我說(shuō)的有意思,就動(dòng)動(dòng)你發(fā)財(cái)?shù)男∈郑o我點(diǎn)個(gè)贊,關(guān)注一下我吧,保準(zhǔn)以后還能給你帶來(lái)更多有趣的知識(shí),讓咱們一起在知識(shí)的海洋里暢游,說(shuō)不定哪天,你也能對(duì)這神秘的宇宙,有自己獨(dú)特的發(fā)現(xiàn)呢,愿點(diǎn)贊關(guān)注的你,日子越過(guò)越紅火,干啥都順順利利,財(cái)運(yùn)滾滾來(lái)!





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