如何想象四维空间,或更高维空间(是空间,不是时空,没有加上时间维度的)?

供稿:hz-xin.com     日期:2024-05-03
四维空间存在么?

四维空间是什么?

您好!
在回答您的问题之前,我们先要理解一个概念:低维度看不到高维度的东西。
就拿二维空间(平面空间)和三维空间(立体空间)来解释。二维空间顾名思义是包含了两个维度的空间,即长度、宽度;三维空间则是包含了长度、宽度、高度这三个维度的空间;因为二维空间并不存在“高度”这一维度,所以二维空间是看不到三维空间,因为在二维空间里,看到的所有东西都只能是点或线,所以如果我们处在二维空间中是怎么也看不到和想不出“立体”是怎样的一个概念。同理,处在三维空间的我们也是无论如何都看不到和想不出四维空间或更高维度的空间是什么样子的。

现在回归到您的问题,莫比乌斯带(又叫麦比乌斯带)是一个由二维平面结合而成的物体,属于一个三维的立体图形,所以莫比乌斯带只能存在于三维空间中(如题:莫比乌斯带可以在三维的欧几里德空间中嵌入),莫比乌斯带的性质是一维(线)上的无限;同理,克莱因瓶是一个由三维立体结合而成的“超物体”,属于一个四维的“超立体物体”,所以只能存在于四维空间中(如题:克莱因瓶只能嵌入四维或更高维空间),克莱因瓶的性质是二维(平面)上的无限。

所以,”在空间中嵌入“这句话的意思也可以理解为”只能存在于XX空间”。

至于四维空间,目前根据人类的认知,通过低维度与高维度的关系已经大致的推论出四维空间的一部分性质,至于四维空间到底是什么样子的,就没有人敢确定了。(附:目前认知的四维空间,并不是在三维空间的基础上加多一个时间维度,因为时间不能够算作是一个维度,它只是人们根据物体的运动变化而定义的一种东西,所以第四个维度到底是什么现在还在探索当中。)

更多的解释可以百度搜索”莫比乌斯带“、”克莱因瓶“、“四维空间”的百度百科,上面会有更多更有趣的解释。

完全直观想象高维空间应该是做不到,因为人想象空间的时候总是通过一个虚拟的身体去想象的,想象自己处在那个空间中,伸手去摸周围的东西,放眼观看远处的东西,通过这个虚拟的身体与那个空间的交互作用而达成直观想象。但是人的身体是一个三维物体,即使放进高维空间中,也只能以三维的方式去跟空间打交道,所以仍然只能想象出三维。若要完全想象一个四维空间,首先就得想象一个四维的虚拟身体,等于是下蛋之前就先孵出小鸡,所以说做不到。

对四维空间最直观的理解也只限于展示一个四维物体的三维投影或三维切片,通过这种方式帮助我们稍微想象到一点点四维的样子。最常见的就是展示一个四维正方体的三维投影,看它旋转的时候三维投影如何变化:
http://traipse.com/hypercube/
http://lsusmath.rickmabry.org/rmabry/live3d/4cube-live.htm
下面这个可以用红蓝立体眼镜看:
http://musicandvirtualflowers.co.uk/virtualflower/tesseract.htm
四维球的投影:
http://groups.csail.mit.edu/mac/users/rfrankel/fourd/FourDArt.html
另一个办法是把一个四维物体切成许多个三维的切片,就好像我们去医院做CT检查一样,你能从CT片上想象出人体的三维形状吗?那么也许从三维切片也能想象出四维物体的样子。
四维多面体(准确地说应该叫多胞形)的切片,动画展示:
http://dogfeathers.com/java/hyperstar.html
还有一个办法是展开图,类似于我们把正方体展开成6个连在一起的正方形,高维多胞形也可以展开成许多个多面体连在一起:
http://members.shaw.ca/quadibloc/math/fdiint.htm
http://weimholt.com/andrew/polytope.shtml
四维魔方游戏:
http://www.superliminal.com/cube/applet.html

以下两个网页收集了许多高维几何的网络资源,以上的链接都是从这里来的:
http://www.ics.uci.edu/~eppstein/junkyard/highdim.html
http://www.t0.or.at/msguide/hyper.htm
虽然其中有不少链接已经失效,但还是有很多可以用,够你看一阵子的。

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LHC的第一篇论文2009年12月才发表,目前还没有观测到任何不同寻常的新物理现象,迄今为止最重要的发现是2010年9月观测到夸克-胶子等离子体,详情见李淼写的这篇文章:
http://www.sciam.com.cn/html/wenda/2011/0215/15252.html

用刘慈欣先生在《三体—3》中是这样描述高维空间感的:
“有过亲身经历的人都一致同意,置身四维空间的感觉是不可能用语言来描述的,他们甚至断言,思维感觉是人类迄今为止所遇到的唯一一种绝对不可能用语言描述的事物。
人们总是喜欢用这样一个类比:想象生活在三维空间中的一张二维平面画中的扁片人,不管这幅画多么丰富多彩,其中的二维人只能看到周围世界的侧面,在他们眼中,周围的人和事物都是一些长短不一的线段而已。只有当一个二维扁片人从画中飘出来,进入三维空间,再回头看那幅画,才能看到画的全貌。
这个类比,其实也只是进一步描述了四维感觉的不可描述。
首次从四维空间看三维世界的人,首先领悟到一点:以前身处三维世界时,他其实根本没看见过自己的世界,如果把三维世界也比做一张画,他看到的只是那张画与他的脸平面垂直放置时的样子,看到的只是画的侧面,一条线;只有从思维看,画才对他放平了。他会这样描述:任何东西都不可能遮挡住它后面的东西,任何封闭体的内部也都是能看到的。这只是一个简单的规则,但如果世界真按这个规则呈现,在视觉上式极其震撼的。当所有的遮挡和封闭都不存在,一切都暴露在外时,目击者首先面对的是相当于三维世界中亿万倍的信息量,对于涌进视觉的海量信息,大脑一时无法把握。”
“在三维世界里,人类的视觉面对的是有限细节,一个环境或事物不管多么复杂,呈现的细节都是有限的,只要用足够的时间依次观看,总能把绝大部分细节尽收眼底。但从四维看三维时,由于三维事物在各个层次上都暴露在四维视野中,原来封闭和被遮挡的一切都平行并列出来。比如一个封闭容器,首先可以看到它内部的物体,而这些内部物体的内部也是可见的,在这无穷层次的暴露并列中,便显露出无限的细节.......当一个物体在所有层次上都暴露在四维时,便产生了一种令人眩晕的深度感,想一个无限嵌套的俄罗斯套娃,这时,“从果核中看到无穷”不再是一个比喻。
”我们在三维空间中称之为广阔、浩渺的这类东西,会在第四个维度上被无限重复,在那个三维世界中不存在的方向上被无限复制。他们常常用两面相对的镜子来类比:这时在任何一面镜子中都可以看到被复制的无数面镜子,一个向深处无限延伸的镜子长廊,如果作为类比,长廊中的每面镜子就都是一个三维空间。或者说:人们在三维世界中看到的广阔浩渺,其实只是真正的广阔浩渺的一个横断面。描述高维空间感的难处在于,置身于四维空间中格的人们看到的空间也是均匀和空无一物的,但有一种难以言表的纵深感,这种纵深不能用距离来描述,它包含在空间中的每一个点中。可谓是:方寸之间,深不见底!“
”四维空间包含三维空间,就像三维包含二维一样,要比喻的话,我们现在就处于四维空间中的一张三维纸片上“
”我们的三维宇宙就是一大张薄纸,一张一百六十亿光年宽的薄纸,这张纸上的某处粘着一个小小的思维肥皂泡“
(全手打,累死了,希望能帮助你体会四维空间感,当时我看到这里的时候被深深的震撼了!我从小就很喜欢看这方面的东西,可惜没有选这方面的专业,你还小,加油!)

,四维:运动的空间(一个东西在一个空间里运动)用右脑想:在你自己的房间里走来走去,走了2分钟,这时你就在做四维运动,

什么是四维、五维、六维、七维空间?
答:七维空间: 根据90年代提出的M理论(超弦理论的一种),宇宙是十一维的,由震动的平面构成的。在爱因斯坦那里,宇宙只是四维的(三维空间和一维时间),现代物理学则认为还有七维空间我们看不见。 打一个比方:一只蚂蚁在一张纸上行走,它...

四维空间指哪四维?
答:但后来他又说:这样的四维空间难于想象,所以叠合是不可能的。这种情况的出现是由于人们把几何空间与自然空间完全等同看待的结果。以至直到1860年,库摩尔(ernst eduard kummer 1810-1893)还嘲弄四维几何学。但是,随着数学家...

四维空间到底是什么样的?简单说明,通俗易懂。
答:比如时间、温度。点、线、面、时间、温度,构成五维空间也能说的通。当然也可以定义点线面的拓扑空间为第四维、第五维、第六维以至第N维。这在数学公式推理推导中很容易实现,但现实很难对应和想像。

人怎样才能从三维空间跳转到四维空间或者更高维度?
答:人类必须以“虫洞”为跳板,才能前往更高维度的空间之中。我们都知道,二十一世纪,人类在自然科学的诸多领域都有了长足的进步,可以说,数十年来,我们无数的成就,以及突飞猛进,一日千里的航天科技,高能物理...

爱因斯坦的四维空间怎么理解?
答:可能四维生物看到我们在宣扬这种思想时,也在为我们叹息。 那么时间算不算一维?在我看来,时间应该是一维,即在多维生物本身的维度之外再加一维,构成新的N+1维空间,而且这样也有助于帮我们解决一些问题,也可以使我们对比三维维度更高的...

请问什么是四维空间,要形象点。
答:第六度空间因动产生磨擦而生「温度」第七度空间因温度产生热至爆炸而生「电」第八度空间因电而产生「声光」第九度空间因声光而产生「波动磁场」第十度空间是属於「心灵」的空间,也是最高层次的空间。四度空间是实现一...

生活在三维空间的我们为什么无法想象出四维空间?
答:我们没见过,这是一个未知的方向……因此我们就可以来回答这个问题:我们为什么无法想象出四维空间答案就是:因为我们没有经验!我们所有的想象都是建立在我们的经验之上的,我们无法想象出任何超出我们经验以外的事物。举一个最...

什么是四维空间?如果人类进入到四维空间,会发生什么事?
答:目前最能描述这一结论的四维空间的三维投影物体,就是由德国几何学大家菲利克斯·克莱因创作出的得克莱茵瓶。它是一个科学大牛们想象出来的一个本应该存在于四维空间的物体,运用数学中的拓扑学设计出来的一个奇怪的瓶子。它...

有高维空间吗?为什么人类无法想象高维空间的样子?
答:人类能直观感受的空间是三维,加上时间维度是四维,至于更高的维度我们无法直接想象出来,我们的大脑无法处理更高维度的信息,唯有利用数学去研究高维度的性质。我们的三维空间,可以理解成由上下、左右、前后三个维度组成,在...

二维空间三维空间四维空间是什么意思?
答:四维空间可将n个数的序列理解为一个n 维空间中的位置。当n=4时,所有这样的位置的集合就叫做四维空间。四维空间和人居住的三维空间不同,因为多了一个维度。轴对称性:对于四维空间,人们普遍认为空间有轴对称性,或是...