四维空间真实存在吗?人类能用三维模型,模拟出思维空间的样子吗?

综述

科幻电影是大家非常喜欢的一种类型,其讲述的内容也基本上就是那几个大类,对外星文明的探索,对世界和存在的分析和对时空关系的讨论等等,当然还包括一些更细节的呈现。

第一种一般就是充分发挥想象力,想象不同于人类的文明应该是什么样子,第二种基本上就比较抽象了,更多是思维上的拓展。

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在我们今天要说的时空关系这个内容上,被提及很多的就是四维空间,那么它到底是不是真的存在呢?如果人类进入四维空间又会发生什么呢?

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高维空间研究

有四维空间,肯定就有比它更低和更高的维度,可以说四维是一个分水岭,我们目前能够掌握的都是比它低的一维、二维和三维,这些都是实实在在存在在我们身边的东西,但是四维其实还是存在于理论中的一种设想。

至少目前人类还没有对它有足够的了解,它就像是我们研究高维空间的第一道关卡,算是设定了某种目标,但是是不是能够跨越过去还是个未知数。

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维度空间研究在现代科学当中是非常有热度的一个领域,虽然在科幻电影中这个概念总是能够让人倍感新奇,但其实它的出现已经有相当一段时间的历史了。

近现代以来,许多知名的数学和物理学家都在努力深耕,但是进展却不是十分理想,尤其是在19世纪以前,提到维度空间研究,人们虽然不至于找不到相关的理论,但是真正有建树和成系统的其实还是很少。

到了世纪初,才出现了一个重要的人物,他就是伯恩哈德·黎曼

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具体来讲,黎曼的工作奠定了维度空间研究的基础,在他之后,这个领域有了一个比较完整的体系脉络。

最重要的是,黎曼的学术背景是数学,这之前虽然也有人从这个角度切入,但是都没有那么成熟,他算是一个集大成者,不过黎曼的成果也不是凭空产生的,他也是在吸收了很多前人的研究之后才得到的启发。

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在黎曼之后,维度空间研究的进展明显得到了有效的推进,许多后来的学者沿用他的理论,尤其是黎曼空间这个概念,做出了更加有影响力的理论,这其中最著名的就是爱因斯坦的相对论,准确地说是广义相对论的部分。

虽然人类的技术手段并没有支撑我们在地球上找到高维空间的迹象,但是爱因斯坦认为,它很有可能存在于和我们截然不同的时空当中,和三维、二维一样,非常自然地作为宇宙的一个部分运行着。

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事实上,如果我们把不同的维度看作是对存在形态的划分的话,人类是无法探知更高维空间的,三维和四维,就像现实和梦境一样,似乎是没有可以连通的渠道的。

当然,这只是一种可能性,毕竟人类还是需要不断地探索,才能获得更多的新的认知,即便到不了四维空间,对于高维空间的了解也能更进一步。

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四维是什么样?

对于大多数人来说,高维空间研究是一种看上去非常高深的学问,至少还是很难看懂专业的论证和各种计算的,所以我们对这个领域形成的认知的主要渠道还是文学和影像创作,而且主要是影像作品。

但是即便是这种已经相对直观的呈现,也只能在非常有限的范围内传达出一些比较浅显的概念。

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比如一部电影想要塑造四维空间的样子,它能够发挥的空间是非常狭窄的,最多就是对三维本身进行破坏、重构,要么就是影影绰绰看不真切的一些结构,但是四维空间到底是什么样的,还是没有说清楚。

按理说,从二维到三维只需要多一个方向的量,从三维到四维应该也就是这个逻辑,但我们可以很容易得到三维,却很难得到四维。

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三维我们大家都知道,也就是坐标系当中三个长轴代表的量,我们所生活的世界本质上就是三维的,这里的任何一种物质都是有物理意义上的长宽高,这个结构其实就是从二维的平面来的,在长和宽两个量之外加上了高这个新的维度。

如果继续按照这个思路来,我们就会思考,在长宽高之外还能从哪里加上第四个维度呢?

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直观上来看,不管怎么加都是不对的,它都仍然还处在三维的范围当中,四维空间似乎有着一个全新的结构,而这个结构在三维的逻辑当中是无法成型的。

所以我们首先要做的,就是跳出长宽高,去寻找一些其它范畴的量。在众多的讨论中,时间是一个非常常见的维度,它代表的就是物体在空间中的运动,把原本静止的物体结构变成了有速度的。

这种思路看上去似乎是可行的,但在严格的学术研究中,这其实是不被认可的。

科学家给出的尝试是假设这个维度存在,那么它应该要同时和坐标系中的三个坐标轴形成相互垂直的关系,虽然在三维中这个维度是找不到的,但是理论上其实是可以这样定义的。

结语

不管怎么说,高维空间的研究对于我们理解世界和存在依然有着很重要的意义,即便我们也许永远也到不了四维空间,它也可以像一面镜子一样,反射出我们的存在,启发我们的思维。

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