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德国数学家认为四维空间的确存在,人类进入四维空间会变成什么?

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你好科普 2021-10-20 09:53

综述

对于世界是什么,人类从拥有了思想以来,就一直在思考这个问题。在远古时期,由于对于世界的认知不够,人们往往都会将世界的变化归根于是神明的所言所行,他们将脑海中的神明奉为图腾或者是信仰,对其祭祀,祈求福报和风雨。

文艺复兴以后,科学的观念成为了人们看待问题的方式,这些人试图用物质和科学的办法来解释世界,比如地球的诞生,恒星的诞生以及宇宙的诞生,比如包括人类在内的一切物质都是由分子、离子和原子组成,又比如生命的诞生、发展与改造。

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我们所看到的,听到的,闻到的,触碰到的,其实都是世界,而科学家认为,人类目前是生活在三维空间之中,也就是我们眼里物体的长宽高,而四维空间又是什么样子的呢?

四维空间

在说四维空间之前,我们先来简单讨论一下其他的维度空间。一般而言,最开始的应该是零维,但它只是一个维度,并不能说是空间,因为它没有方向,没有发散的范围,更多只是存在于物理概念。

根据宇宙大爆炸的说法,宇宙一开始其实就是一个零维,所有的时间和空间都被集中在这一个点里面,根本无法表现出来。

直到大爆炸的发生,零维被分为了科学家们所说的宇宙11维度,于是空间开始扩散,时间也自此运转。如果人类进入零维,那将无法感受到一切的事物所在,甚至可能连自己都无法感觉到自己的存在。

理论上来讲,一维空间就是最简单的空间,是没有建立坐标系的,由一条线里的点所组成的空间。在这里,它将只会存在长度,不断向两周延伸,而没有面积和体积。

也就是说,如果人类进入一维空间,要么只能向前向后,要么是向左向右,又或者是向上向下,除了直线以外,无法改变方向,也无法转弯。

二维空间是在一维的基础上更加扩大,成为了一个平面,但也只拥有一个平面,即仅有宽度和高度的平面空间。这就像是学画画的美术生在一张纸上进行绘画,上面就是平面。同时我们经常所看的动画片等,里面的一些角色也都相当于生存在二维空间。

三维空间就是我们生存的空间,是我们所能看见和感受到的世界,拥有着长宽高,由无数个二维空间组成,是立体的。

四维空间是科学家认为构成我们真实世界的最低纬度,四维生物的眼里,我们人类可能并没有什么秘密存在,它们甚至可能拥有改变我们所在的规则的能力,或者正在我们的身边观察我们,只是人类并没有观测和感知到四维空间的存在,因此无法发现它们。

早在上个世纪的50年代,德国的一位非常著名的数学家波恩哈德·黎曼开创了新的数学理论,即黎曼几何,爱因斯坦的广义相对论也就是在这个理论的基础上才能够得到发展完善,黎曼同样也是第一个提出了用四维和更高的维度来定义物理上的空间的人。

理论上来说,大多数的人都认为四维空间就是我们所能看见的三维空间加上一维的时间,然而也有人认为时间并不属于维度,因此并不能算是四维空间的组成部分。

人进入四维空间

事实上,人类根本无法进入四维空间,我们的身体、大脑都只是一个三维空间的物体,就像是一位天生的盲人,别人告诉他红色是什么颜色,绿色是什么颜色,然而他根本无法分清两者的区别,因为他没有见过。同样的,人类也无法想象到四维空间是什么样子的。

又比如说一个存在于一维空间中的人,那么他只能看见零维,也就是一个点,而在二维空间,这个人只能够看见一维空间,就是一些没有厚度的线条。

在三维空间,也就是我们真实的世界,其实我们看见的世界也不过是二维空间的平面,只是因为左右眼的不同视角和大脑的加工处理,才导致我们能够看见相对立体的物体,但其实这不过就是一个三维物体的表面。

根据上面的说法,如果人类从三维世界来到四维,那么他将会发现从未发现的角度,能从无法想象到的视角观察世界,他将看见一个真正的三维的画面,比如一个物体的各个不同位置的面甚至是它的内部结构。

由于本身的限制,处在低纬度的人是完全无法想象到高纬度的世界是什么样子的,比如说一个生活在平面二维空间的人,他只能“看见”没有厚度线条,完全无法想象得到第三维的堆叠。

比如告诉一个二维人,六个正方形能够获得一个立体的正方体,但是他们只能够将这些正方形同时排列在同一个平面上,而无法做出一个正方体。

又比如说一个三维人告诉二维人,三维世界的一个苹果就是由无数个二维的面组成,将这些面堆叠加起来就是一个三维的苹果了,但二维人根本做不到想象一个除了x轴和y轴之外的轴线坐标。就像是我们一样,我们也无法想象出四维的世界里除了xyz轴,还存在一个w轴。

如果一个三维的人进入二维世界,那么他动一下都可能从二维世界消失,而当二维世界的人来到三维世界,他们就会看见以前并没有看到过的画面——比如一个长方形的内部,因为他们以往只能看见一条线。

因此我们可以想象一下,当人类进入四维空间,如果还存活的话,他可能会感受到世界发生了翻天覆地的变化——

他会发现光线变得黯淡,因为四维空间中的光线强度会因为空间的过大而衰减得更快,引力也因此而减弱他会发现自己仿佛失去了重力。周围一切的物体都变得扭曲,如同一个被摊开的平面一样,可以看见一个物体的各个面。

除了这些,他可能还会发现能看见自己养的宠物内部的脏器跑到了外面,而它们仍然在活泼地跳动,它们并没有死亡。甚至他还能看见自己的衣物变得破碎,看见自己体内的物体,比如器官、流动的血液,以及上一顿吃进肚子里的食物。

这正是因为这个人从三维空间的跳脱出来,来到了四维空间,以一个非常全新的维度观察到了世界,因此他所看见的物体变得与众不同,变得扭曲诡异,它们本身并没有发生变化,而是这人的视角发生了改变。

他成为了一个类似于“神”的存在,可以将一个物体的所有构成洞悉眼底,了解一切事物的组成和演化。

结论

四维的世界到底是什么样子的,其实科学家们并没有一个准确的答案,可能只有当我们真正进入四维空间的时候,我们才能感知到这个神奇的世界。

甚至有一些物理学家认为,我们的世界并非是简单的三维或者是思维,而是九维。然而这些都距离我们太遥远了,只能等科学家们在长期的试验和研究当中来慢慢证实这些神奇的理论了。

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