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深度長文:何為四維空間?生活在三維空間的我們能到達那里嗎?

 宇宙時空探索 2022-02-24

四維空間,相信很多人都聽說過,各種科幻電影和科幻小說也都有關(guān)于四維空間的場景描述。

那么到底什么是四維空間?它和三維空間的區(qū)別到底在哪里呢?

通俗地講,四維空間是虛構(gòu)的概念,而三維空間是真實存在的,也就是我們生活的世界。

你我都生活在三維世界,但正如人們的欲望是沒有止境的,我們總是想前往更高維度的世界去看看那里到底是怎樣的存在。

網(wǎng)絡(luò)上有很多關(guān)于四維空間的描述,有些看起來很像回事,給人一種身臨其境的感覺。

著名的科幻小說《三體》也有對四維空間的描述,簡單來說一下它是怎樣描述的:

在四維空間里,沒有任何封閉的物體存在,任何物體都沒有任何的遮擋,所有事物都完全暴露在外面,這種場景對于視覺的沖擊是顯而易見的。

你能想象出這樣的四維空間嗎?

說實話,很難!任何宣稱自己理解那樣的四維空間的人其實不可能完全理解,原因就一點:因為我們生活在三維空間,正如二維空間的生命不可能理解我們?nèi)S空間一樣。

所以《三體》小說這樣總結(jié)四維空間:你不可能用語言來描述四維空間到底是一個怎樣的存在方式。

說白了,只可意會不可言傳!但對于我們來講,甚至連“意會”都不可能做到。而目前對四維空間的描述大多數(shù)都停留在數(shù)學(xué)概念上。

比如說,一個點就是零維,一條線一維,一個面二維,三維就不說了。

那么四維該如何用數(shù)學(xué)描述呢?有人說四維是一個體(或者超體),在三維空間的基礎(chǔ)上多出來一個維度,但這個維度到底是什么,沒有人說得清。

另外一種描述方式是這樣的,認(rèn)為多維空間是低維度空間的運動,比如說二維空間(面)的運動就形成了三維空間。同理,三維空間的運動就形成了四維空間,以此類推。

第三種描述方式認(rèn)為,低維空間是高維空間的投影,這種描述方式相對更容易理解。比如說三維空間的投影就是一個面,就是二維空間。

從以上對四維空間的描述,我們能夠看出,無論如何描述四維空間,都無法準(zhǔn)確形象地用語言表達出來,甚至也很難想象出來。因為所有對四維空間的描述都是虛構(gòu)的。

那么,既然四維空間是虛構(gòu)的概念,我們不妨來進一步虛構(gòu)如果存在低維空間的生命,他們是什么樣的?是如何生存的呢?

舉個例子,如果存在二維空間,那里的“人”會是什么樣的呢?

一個簡單的例子,二維空間的人是沒有消化道的,因為二維空間沒有深度。而且在二維空間,一條線就可以完全阻擋一切的通過,正如在三維空間的一堵墻堵住我們的去路一樣。

那么二維空間的人該如何吃飯呢?很遺憾,我們無法想象,或者說,我們無法以三維空間的視角描述二維空間的生命該如何進食。

《三體》中的二向箔這樣描述,在二向箔對三維空間降維打擊,所有東西被壓扁(事實上用壓扁并不嚴(yán)謹(jǐn)),連微小的電子也不例外,最后變成一幅畫,沒有厚度的畫。

如果用我們的三維世界去理解二向箔,就到處充滿了矛盾。因為即使是一個微小的電子被壓扁到?jīng)]有厚度(或者厚度無限小),最后得到的二維面積也會是無限大的。如果是浩瀚的宇宙被壓扁到?jīng)]有厚度的二維,會是什么情況?實在不敢想象,也無法想象!

說白了,無論如何,人類到目前為止只能理解我們所在的三維空間,或許我們永遠(yuǎn)無法理解四維空間,又或者所謂的四維空間(高維空間)根本就不存在,一切都只是我們的臆想罷了。

有人會用克萊因瓶或者莫比烏斯環(huán)來形容四維空間,但仔細(xì)了解這兩個概念,你會發(fā)現(xiàn),這兩個概念其實更像是魔術(shù)中的“障眼法”,兩者其實還是三維空間的產(chǎn)物,與所謂的四維空間沒有任何關(guān)系。

有一種更神秘的理論,弦理論認(rèn)為有多達10維空間的存在(也有說是11維空間),多維空間被被卷曲在普朗克尺度,這種理論同樣很難被人們理解,而且直到目前為止都沒有得到實驗證實。

還有些人更是腦洞大開,認(rèn)為光速是突破三維空間的工具,只有突破光速才能到達四維空間一探究竟。認(rèn)為光速是三維空間的速度極限,但在四維空間光速是速度的最低要求,也就是說所有速度都必須以超光速運動。

最后提一點,宇宙萬物,包括你我本身都是三維空間(四維時空)的產(chǎn)物,因此理論上我們不可能突破三維空間的束縛。我們不知道四維空間是不是真的存在,就算存在,如果我們想要到達那里,我們的身體結(jié)構(gòu)必須徹底改變才可以,我們將不再是“三維人”,變成了“四維人”!

那樣的話,我們還是“人”嗎?

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