(完整word版)四维空间解说
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四维空间是什么概念
四维空间是时间、物质和能量的统一,它们在运动中相互转化.从时间上看,过去、现在、将来构成一个完整的时间连续体;从物质上看,宇宙间存在着物质和反物质两种对立面,这两者在运动中既相互排斥又相互吸引;从能量上看,任何物体都具有能量,并且总是处于不断地变化之中.因此,可以说时间、物质、能量是宇宙的基本要素.
四维空间是指我们所生活的三维空间加上时间构成的四维空间。
根据爱因斯坦的相对论,我们知道时间和空间其实就是物质的存在形式,而我们所处的宇宙是由大爆炸产生的,所以宇宙中同样充满了物质,只是由于空间的存在使得物质的运动轨迹发生了偏移,进而导致了时间的出现,当然也包括了光速在内,如果没有空间的话,那么即便是物质的运动轨迹发生了偏移也不会被人类所察觉到,因为这种情况下时间依旧按照原来的方向流逝,但是时间却与空间密切联系起来,共同组成了四维空间。
简单点说就是时间、空间、物质和能量的统称。
你好!很高兴回答您的问题!四维空间是指时间、物质和能量的统一,它们在运动中相互转化.从时间上看,过去、现在、将来构成一个完整的时间连续体;从物质上看,宇宙间存在着物质和反物质两种对立面,这两者在运动中既相互排斥又相互吸引;从能量上看,任何物体都具有能量,并且总是处于不断地变化之中.因此,可以说时间、物质、能量是宇宙的基本要素.希望能帮助到您,谢谢!。
曲速与四维空间理论一000图1:四维空间向时间轴弯曲后的子空间图本理论主要提到的理论还有爱因斯坦的"四维空间"模型理论。
我们所身处的三维宇宙空间也会向第四维(时间轴)弯曲,就好像二维空间的平面向三维空间弯曲,而形成一个球面一样。
现在如果把我们所身处的宇宙想象成这样的一颗球,只不过是向时间轴弯曲,而不是向Z轴弯曲(如图1所示)。
那么,我们所处的三维空间就是球体的最表面(相对最表面)了。
而从表面往球中心(O)点进去,这就是所谓的"二度次空间"即子空间或亚空间,从广义角度讲"空间"是可以认为无限大的,所以也可以产生相对无限小的二度次空间,这就主要看磁场强度(可解释为重力场扭曲空间的强度)有多大了。
1、假设我们在如图球面的三维正常空间进行飞行,从A点到B点距离为9000万公里,飞船的飞行速度为10万公里/秒,那么所用时间则为:9000/10=900(秒)。
2、假设我们能利用强磁场打开如图的二度次空间,从a 点到b点距离为1500万公里,那么飞船从a点到b点的所用的时间则为:1500/10=150(秒),相对于三维空间就是速度提升基数比则为:900/150=6(倍),那么相对速度则为:10*6=60(万公里/秒),这就是曲速中2倍光速。
也就是说,"曲速航行"的真实过程是这样的:(1)、飞船在A点起飞并开始加速;(2)、飞船利用强磁场所产生的力场,向子空间跳跃;(3)、飞船在子空间通道中飞行,从a点飞抵b点;(4)、飞船取消强磁场,跳跃回正常空间,来到B点。
名词解释:时间轴扭曲:时间轴的扭曲其实就是两点间的路程以时间为基准,以球面为延展的空间连续体。
Z轴扭曲:以"0"为中心点,瞬间向Z轴方向扭曲达到如图"a"重力点,可以无限靠近"0",但是无法达到"0",假设达到了"0"点那么就意味着飞船可以在一个无限短的时间内完成一个无限长的路程,类似于"星际迷航"中的曲速10,或博格人的超曲速技术,可以达到银河系的任意一个点。
四维时空四维时空虽然目前科学还无法证实多维空间的存在,所以它充满了太多神秘色彩和诱惑,以至于很多人对其抱有浓厚的兴趣和幻想。
在许多人眼里,第四维空间同样神秘莫测,真的是这样吗?在这里我们就是学习和探讨与我们最为接近的第四维空间相关论述。
相信许多科学爱好者和受过高等教育的人都知道,伟大的物理科学家爱因斯坦在其著名《相对论》中提到“三维空间,四维时空”的概念,对普通人讲,前面的“三维空间”好理解,那么究竟什么是“四维时空”呢?下面就让我带你走进它,认识它。
要知道四维空间(实质为四维时空)的含义,首先就得了解什么是“空间”,什么是“维”度的概念和“时间”的本质。
“维度”即“维”在汉语词典中的解释:几何学及空间理论的基本概念,是构成空间的每一个因素(如长、宽、高或者是前后,左右和上下三个方向),普通空间是三维的。
现代汉语词典中对“时间”的解释是:物质运动中的一种存在方式,由过去,现在和将来构成连绵不断的系统,是物质的运动变化的持续性和顺序性的表现。
同样时间离开事物是没有意义的。
虽然我们在三维空间中无法想象和描述一个多维的空间,但我们却能通过复杂的数学方程推导出它的存在。
爱因斯坦在其《相对论》中提到三维空间和四维时空(即第四维为“时间”)。
但是人们很难理解时间的本质和为什么第四维是时间,因为普通人仍很难把时间和空间联系在一起。
甚至于有些专业科学人士都在说:“难以琢磨的时间”,觉得二者是两个完全不同的概念,而时间为什么不是第二维或第三维呢?以"维"作为空间的参照标准,我们可以想像得到,一维空间是一条无限长的直线。
二维空间,我们可以想像得到,第二条维是与第一条维相垂直的直线,在纸上我们就可以画出,而且再也无法找到第三条与这两条垂直的直线,这就是一个平面。
三维空间,也就是我们现在的空间,很容易看出,其实还有一条线可以与前两条线相垂直,那就是第三条维。
第四维空间,我们就很容易理解了,只要再找到一条与前面那三条直线相垂直的直线,那就是第四维了。
闵可夫斯基四维空间如果一个人不是数学家,那么当他听到“四维的”东西时可能会感到惊异,会产生一种不可思议的感觉。
但是,我们所居住的世界就是一个四维时空连续体(four-dimensional space-time continuum),这其实是一种再平凡不过的说法。
空间是一个三维连续体。
这句话的意思是,我们可以用三个数(坐标)x、y、z来表示一个(静止的)点的位置,并且在该点的邻近处有无限多个点,这些点的坐标都可以用诸如x1、y1、z1的坐标来表示,这些坐标的值与第一个点的坐标x、y、z相应的值要多近就可以有多近。
由于这些数值非常接近,所以我们说这整个区域是一个“连续体”,并且由于有三个坐标数值,所以我们说它是三维的。
同理,闵可夫斯基23简称为“世界(world)”的物理现象的世界,从时空上来讲就是四维的。
因为物理现象的世界由各个事件组成,而每一起事件都可以通过四个数值来表示,即三个空间坐标x、y、z和一个时间坐标——时间量值t。
“世界”在这种意义中就是一个连续体;因为对每一起事件来说,我们愿意选取多少,其“邻近的”事件(已感觉到的或至少是可设想到的)就会有多少,这些事件的坐标x1、y1、z1、t1与最初的事件的坐标相差一个无穷小的量。
过去,我们不习惯将世界按照这样的意义看成是一个四维连续体,因为在相对论未创立之前的物理学中,与空间坐标相比,时间扮演着一个不同且更为独立的角色。
正是出于这个原因,我们才习惯于将时间看作一个独立的连续体。
事实上,依据经典力学,时间是绝对的,也就是说时间与坐标系的位置和运动状态无关。
这一点我们可以从伽利略变换的最后一个方程中看出来(t'=t)。
在相对论中,以四维方式来思考这个“世界”是很自然的,因为依据相对论,时间已经失去了其独立性。
洛伦兹变换的第四个方程可以表明:t'=而且,依照这个方程,甚至在两起事件相对于K的时间差t等于0的时候,通常这两起事件相对于K'的时间差t'也不等于0。
三体中对四维空间的描述原文
比如说在“魔戒”那部分,就讲到从三维世界看一个四维物体。
就好像我们在三维世界里看一个封闭的立方体,它的每个面、每条棱、每个顶点都是清晰明确的,有内外之分。
但在四维空间里,这一切变得特别神奇。
一个四维物体在三维空间的投影,那简直就像一种神乎其神的魔法呈现。
像“魔戒”这个巨大的四维物体,在三维世界里它的一些表现完全打破我们的常规认知。
书中还描述到进入到四维空间里的感觉。
那里面有一些景象特别震撼,比如说三维空间里层层嵌套的东西,在四维空间里就像打开了一个超级大的宝藏盒子,所有东西都展开在眼前。
像我们在三维世界里密封起来的东西,在四维空间里就像没有封闭一样,各个部分都能看到并且轻易触及。
就好像一个二维平面上的画,画里有个保险箱,二维生物怎么也打不开,觉得那是完全封闭的。
可咱们三维生物一伸手就把保险箱里的东西拿出来了,因为我们能从二维平面之外这个“高维度”下手。
同样的道理,在四维空间里,对于三维物体也是这样的,之前三维世界里藏得严严实实的东西,在四维空间里都能轻松摆弄。
再比如说在四维空间里看三维的人体,就像是一幅特别怪异但又充满规律的画。
人的内部结构,像血管、骨骼这些东西,就好像是平铺在一个奇怪的平面上,你能同时看到身体内部和外部的一切,就像每一个细节都被毫无保留地展开了,这种感觉就像是你突然拥有了一种超级透视眼,能看穿一切三维物体的结构,而且是从一种完全超出想象的角度。
这四维空间啊,就像是一个充满无限可能的奇幻之地,完全颠覆了我们这些习惯了三维世界的小脑袋瓜的认知呢。
什么是四维空间?四维物体有何奇特之处?“四维空间”这个经常出现在科幻题材的⼩说中的概念,到底是什么样的呢?这⾥请注意空间⼆字,因为不少⼈会将四维空间与四维时空混为⼀谈。
在对宇宙进⾏描述时,我们经常会提到四维时空这个概念,然⽽不少朋友对四维时空产⽣了误解,将其与四维空间等同到了⼀起。
下⾯我们就先来简单的介绍⼀下四维时空与四维空间的关系四维时空与四维空间的关系。
空间⼀般认为是三维的,时间作为单独的⼀维存所谓时空,指的是时间与空间的集合,⽽空间⼀般认为是三维的,时间作为单独的⼀维存在,⼆者组合成了四维时空。
实际上这个四维时空,是相对论中常⽤的概念,是当年爱因斯坦在,⼆者组合成了四维时空将的⽼师闵可夫斯基在狭义相对论问世后对其进⾏了数学优化后才有的概念,闵可夫斯基本⼈将四维时空称之为世界。
四维时空称之为世界那么四维空间⼜是什么呢?如果你将上段内容看明⽩了,那么四维空间其实也就懂了,⽆⾮就空间的维度变为了四个,⽽时间这⼀维并没有考虑进去(否则就叫五维时空)。
是空间的维度变为了四个说到这,⼀个很⾃然的疑问就来了,四维空间到底是什么模样,⾥⾯的物体⼜是以何种⽅式存在的呢?虽然嘴上说着容易,虽然我们作为三维空间⾥的⽣物,⾃认为对三维空间已经⼗分了解,似乎只是⽐三维空间多⼀维的四维空间理应很好想象出来,但实际上我们对四维空间的模样都⽆法清晰的认知,有⼈不相信四维空间有这么难想,那就看看下⾯的例⼦吧先从⼆维和三维空间的⾓度来讲解⼆维平⾯平⾯的场景,如下图所⽰:我们假设⼀个三维球体穿越三维球体穿越⼆维上图左侧是⼆维空间中出现的画⾯,右侧是三维空间出现的画⾯,这两种情况都很好理解。
现在我们再过渡到三维和四维空间当中超球体(实际上更⼴泛的来讲,四⾸先对于四维空间中的球体四维空间中的球体,我们有个专⽤的称呼,叫做:超球体超球体穿过某个三维空间区域会怎么样呢?维空间中的任意物体形状都被称为超体),那么当超球体穿过某个三维空间如下图:由于我们画不出超球体的真实⾯⽬,因此只能⽤上图右侧的镂空球体来表⽰,⽽这个镂空球体穿过的正是三维空间,那么对于这个超球体在三维空间中体现出来的样⼦到底如何呢?按照之超球体在三维空间中是以⼀个不断变化前在球体在⼆维和三维空间中的变化,我们可以推测超球体在三维空间中是以⼀个不断变化体积的球体形式出现的,就如上图左侧所⽰⼀般。
四维空间究竟是什么样子?“三维世界”的概念,我们早已耳熟能详,但第四维的概念常常蒙着一层惹人疑惑的神秘色彩。
作为被长度、高度和宽度所限的生物,我们哪儿来的胆量高谈阔论四维空间?用尽我们三维头脑的所有智慧,是否有可能想象出四维超空间的模样?四维的立方体或者球体看起来会是什么样子?如果要你想象一头尾巴长满鳞片、鼻孔喷出火焰的巨龙,或者一架内设游泳池、机翼上有网球场的奢华飞机,你会在脑海中绘出一幅画面,试图描摹这件物体突然出现在你眼前的时候会是什么模样。
而这幅画的背景自然是正常的三维空间,你熟悉的所有物体,包括你自己在内,都存在于这样的空间里。
如果这就是“想象”的确切含义,那么我们似乎不太可能想象出以正常三维空间为背景的四维物体,正如三维物体不可能被挤进平面一样。
但是,等等,从某种意义上说,我们的确能将三维物体压进平面,只要画一幅画就行。
不过在这种情况下,我们借助的当然不是液压机床或者其他什么物理力量,而是一种名为几何“投影”的绘画技巧。
要将某件物体(比如说一匹马)压进平面,看看下图,你立即就会明白这两种方式有何区别。
将三维物体“压在”二维面上的两种方法,左边的方法是错的,右边的法子才对以此类推,现在我们可以说,如果非要将四维物体“挤入”三维空间,那它难免会有些零件左右支棱,但我们的确可以讨论各种四维图形在我们这个三维空间中的投影。
不过你必须记住,既然三维物体在二维面上的投影只有两个维度,那么四维超物体在普通三维空间内的投影也必然是三维的。
为了更清楚地理解这一点,首先我们不妨试想一下,生活在二维面上的影子生物该如何理解三维立方体的概念;我们能够轻而易举地想象这一幕,是因为我们生活在“更高级”的三维空间里,所以我们才能从上方,也就是从第三个方向,观察这个二维世界。
要将一个立方体“压进”二维面,唯一的办法就是按照下图所示的方法将它“投射”到这个面上。
如果我们的二维朋友看到这个投影,以及旋转立方体得到的其他方向的投影,那么他们至少会对这个名为“三维立方体”的神秘物体形成一些粗浅的理解。
多维空间,你能理解⼏维?(通俗解读,图⽂并茂)1234关于多维空间的的理论和设想⼀直让我着迷不已,虽然只能是兴趣,但我仍在⽹上找了相关的资料看,并乐此不彼。
对于⼗⼀维空间的超炫理论,在我很早的博⽂《宇宙有多⼤》和《关于UFO的能量猜想》中就简短的提及过,只是⾄今仍困惑不已。
12340维空间没有长宽⾼,单纯的⼀个点,如奇点。
1234⼀维空间只有长度。
1234⼆维空间平⾯世界,只有长宽。
1234三维空间长宽⾼⽴体世界我们⾁眼亲⾝感觉到看到的世界三维空间是点的位置由三个坐标决定的空间。
客观存在的现实空间就是三维空间,具有长、宽、⾼三种度量。
数学、物理等学科中引进的多维空间概念,是在三维空间基础上所作的科学抽象。
1234四维空间⼀个时空的概念⽇常⽣活所提及的“四维空间”,⼤多数都是指阿尔伯特·爱因斯坦在他的《⼴义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。
我们的宇宙是由时间和空间构成。
时空的关系,是在空间的架构上⽐普通三维空间的长、宽、⾼三条轴外⼜加了⼀条时间轴,⽽这条时间的轴是⼀条虚数值的轴。
根据阿尔伯特·爱因斯坦相对论所说:我们⽣活中所⾯对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。
1234其余的维数还有:五维空间、六维空间、七维空间、⼋维空间、九维空间、⼗维空间、⼗⼀维空间。
“维”的定义1234⼀维是线,⼆维是⾯,三维是静态空间,四维是动态空间(因为有了时间)。
1234我们在物理学中描述某⼀变化着的事件时所必须的变化的参数。
这个参数就叫做维。
⼏个参数就是⼏个维。
⽐如描述“门”的位置就只需要⾓度所以是⼀维的⽽不是⼆维。
1234简单地说:0维是点,没有长、宽、⾼。
⼀维是由⽆数的点组成的⼀条线,只有长度,没有宽、⾼。
⼆维是由⽆数的线组成的⾯,有长、宽没有⾼。
三维是由⽆数的⾯组成的体,有长宽⾼。
维可以理解成⽅向。
1234因为⼈的眼睛只能看到三维,所以三维以上很难解释。
正如⼀个智⼒正常,先天没有⼀只眼睛,⼀只⽿朵的⼈(这样就没有双眼效应,双⽿效应),他就很难理解距离了,他很可能认为这个世界是2维的。
四维空间知识四维空间是一个时空的概念。
简单来说,任何具有四维的空间都可以被称为"四维空间"。
不过,日常生活所提及的"四维空间",大多数都是指爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的"四维时空"概念。
根据爱因斯坦的概念,我们的宇宙是由时间和空间构成。
时空的关系,是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又多了一条时间轴,而这条时间的轴是一条虚数值的轴。
目录[[url=javascript:void(0)]隐藏[/url]]"维"的定义四维空间的轴对称性四维空间概念解析四维空间从零维空间到四维空间摘要关键词正文参考文献1.《四维画法几何学》2.《分形的哲学漫步》3.《解析几何》4.《数学哲学》时空为何是四维的物理世界的四维空间相关事件事件一:事件二:事件三:事件四:多维空间具体维数0维一维二维三维四维其余的维数还有:"维"的定义四维空间的轴对称性四维空间概念解析四维空间从零维空间到四维空间摘要关键词正文参考文献1.《四维画法几何学》2.《分形的哲学漫步》3.《解析几何》4.《数学哲学》时空为何是四维的物理世界的四维空间相关事件事件一:事件二:事件三:事件四:多维空间具体维数0维一维二维三维四维其余的维数还有:[编辑本段]"维"的定义一维是线,二维是面,三维是静态空间,四维是动态空间(因为有了时间),当然这只是一种说法,并不是说第四维就是时间。
我们在物理学中描述某一变化着的事件时所必须的变化的参数。
这个参数就叫做维。
几个参数就是几个维。
比如描述"门"的位置就只需要角度所以是一维的而不是二维简单地说:0维是点,没有长、宽、高。
一维是由无数的点组成的一条线,只有长度,没有宽、高。
二维是由无数的线组成的面,有长、宽没有高。
三维是由无数的面组成的体,有长宽高。
欧几里得几何与非欧几何摘要:欧几里得的《几何原本》奠定了几何学发展的基础, 随着逻辑推理的理论发展, 非欧几何在艰难中产生发展起来;其中少不了欧几里得、罗巴切夫斯基与黎曼在几何学上的巨大贡献,且两者几何学之间存在着严密的辩证关系。
关键词:欧几里得几何、几何原本、非欧几何、辩证关系欧氏几何是人类创立的第一个完整的严密的(相对而言) 科学体系.它于公元前三世纪由古希腊数学家欧几里得完成,后来经历了两千多年的发展,对科学和哲学的影响是极其深远的。
十九世纪二十年代,几何学发展史上出现了新的转折点,德国数学家高斯、匈牙利数学家亚·鲍耶和俄国数学家罗巴切夫斯基分别在1824年、1825年1826年各自独立地创立了非欧几何,其中以罗巴切夫斯基所发表的内容最完善,因此取名为罗氏几何学.1854年,德国数学家黎曼创立了黎曼几何.十九世纪末,德国数学家阂可夫斯基发展了黎曼几何,创立了四维空时几何学。
1915年,爱因斯坦利用非欧几何——四维空间几何学作为工具创立了广义相对论,不久广义相对论连同非欧几何为天文观察等科学实践所证实.从此,人们确认非欧几何是人类发现的伟大的自然科学真理。
一、欧几里得几何的发展(一)古希腊前期几何学的发展为欧几里得几何的产生奠定了基础在欧几里得时代以前,数学家与学者们就已经获得许多几何方面的成果,但大多数是零星的,有的对部分内容也作过一些整理加工,但不系统。
面对前人留下的材料以及一些证明方法,欧几里得认真进行了总结、提练、筛选,以及分析、综合、归纳、演绎,集前人工作之大成,系统整理加工成巨著《几何原本》,所以说古希腊前期的几何学的发展为欧几里得几何的产生奠定了基础。
最早研究几何的一批人是爱奥尼亚学派,它的创始人是泰勒斯,据传他曾用一根已知长度的杆子,通过同时测量竿影和金字塔影之长,求出了金字塔的高度。
人也把数学之成为抽象理论和有些定理演绎证明归功于他,如圆被直径二等分, 等腰三角形两底角相等,两直线相交对顶角相等,两角及夹边对应相等的两个三角形全等,内接于半圆的角是直角等的论证。
儿童四维空间讲解
四维空间指的是四维时空,它由三维空间和一维时间构成。
在日常生活中,我们只能体验到三维空间和一维时间的存在,但是科学家们发现,当我们考虑物体的运动和速度时,四维时空的概念就变得不可或缺了。
儿童在学习四维空间时,需要先理解三维空间的概念。
我们所处的空间是三维的,即有宽度、长度和高度三个方向。
可以通过对物体的位置进行描述来确定物体在三维空间中的位置,例如在一个房间中,可以描述一件家具在哪个角落,或者它与其他物体的距离有多远。
在理解三维空间的基础上,我们可以引入时间这一维度。
时间可以用来描述事物的变化和运动。
例如,我们可以用时间来描述一只小鸟在空中飞行的变化,以及它从某个位置飞向另一个位置的运动。
当我们将时间这个维度与三维空间结合起来,就得到了四维时空。
在四维时空中,我们可以描述物体在三维空间中的位置以及它随着时间的推移而发生的变化。
例如,在描述一个人从某个位置走到另一个位置时,不仅需要知道他在三维空间中的位置,还需要知道他走的速度和走了多长时间。
儿童学习四维空间时,可以通过一些生动形象的比喻来加深理解。
例如,可以将四维时空比喻成一张电影胶片,三维空间则是电影中的场景,时间则是电影的时间轴。
一个物体在四维时空中的运动就好比电影中的主角在场景中移动的过程。
在日常生活中,四维时空的存在并不直观,但是对物理学、数学等学科的研究有着重要的意义。
因此,让儿童了解四维时空的概念,可以帮助他们更好地理解和学习这些学科,并激发他们对科学的兴趣和热爱。
四维空间讲解四维空间是一种比我们平常接触到的三维空间多了一个维度的空间。
这个维度可以被理解为时间,让我们可以看到物质的演化和变化。
它的概念源于物理学、数学和哲学,被广泛应用于物理学、相对论等领域,具有重要的理论和实际价值。
1.四维空间的概念:四维空间是指点集的所有元素都可以用四个实数来表示,比如(x,y,z,t)。
其中,x、y、z 为空间坐标,t为时间坐标。
四维空间的意义在于能够描述事物的运动和变化。
在三维空间中,物体的位置可以用坐标来描述,在四维空间中,这些坐标被扩展为包括了时间,也就是我们可以描述物体在时间上的运动和变化。
2.四维空间的发展历程: 19世纪末,随着相对论的提出,四维空间开始被广泛研究和运用。
在狭义相对论中,时间是一个相对的概念,不同的观察者会有不同的时间经验。
而在广义相对论中,时间和空间是不可分割的,它们共同构成了四维空间。
四维空间也是量子力学、粒子物理学、宇宙学等领域的基础概念。
3.四维空间在现代物理学中的应用:在物理学中,四维空间被广泛用于描述时间和空间的变化,以及物体的相对性质。
在狭义相对论中,时间是相对的,不同的参考系中时间的流逝是不同的。
同时,狭义相对论也提出了著名的质能方程E=mc2,描述了物体运动的能量和质量之间的关系。
在广义相对论中,四维空间则是我们描述广义相对性理论的基础。
广义相对性理论认为,物质和能量改变了时空的几何结构,而物体的运动是由它周围时空的几何影响的。
因此,广义相对性理论成为研究宇宙大尺度结构、黑洞物理、引力波信号等的基础理论。
4.四维空间的哲学意义:四维空间同时具有哲学意义,因为它涉及到的是超越普通人日常认知的抽象概念。
四维空间的基本概念与人的思维模式有所不同,它挑战了传统的三维思维方式。
同时,四维空间在哲学中也被用来解决时间和空间的联系问题。
四维空间融合了空间和时间的概念,将它们看作是一个整体,避免了时间和空间之间的二元对立。
总之,四维空间是一个具有重要理论和实际应用价值的概念。
四维空间作者:僵尸构成空间的基本元素是点,点是个数学抽象概念,是现实生活中点无限缩小的一个极限值,点没有大小及尺寸属性。
在空间体系中,点只有位置属性,即点在空间处于哪个地方的数学描述。
同一方向上的无限个点构成直线,直线即我们所说的一维空间体系,直线没有长短及粗细属性,它具有位置属性及方向属性,同方向上的直线之间具有重合或平等的关系,不同方向上的直线不间具有相交属性。
同一方向上的无限根直线构成面,面即我们所说的二维空间体系,面没有大小及厚薄属性,它具有位置属性及方向属性,同方向上的面之间具有重合或平等的关系,不同方向上的面不间具有相交属性。
同一方向上的无限个面构成物理空间,物理空间即我们所说的三维空间体系,物理空间没有大小属性,它只具有位置属性,不同时间点上的物理空间具有重合或重合的关系。
无数个时间点构成时间轴直线,时间轴直线具有普通直线相应的属性,即位置属性及方向属生,如果把这两个因素考虑在内的话将构成六维空间,这里就不再往下讨论,因为对于四维空间的存在主要还是体现在理论意义上,五维空间及六维空间可以搭建,但本文不再深研。
每个时间点上唯一对应一个物理空间,同一时间轴上不同时间点上的物理空间的总和构成时间物理空间,时间物理空间即我们所说的四维空间体系。
在四维空间体系中,我们经历的时间点具有匀速不可逆向前的特点,那么,有没有可能回到以前的时间物理空间或快速进入的将来的时间物理空间呢?既然时间轴是一根直线,当然在理论上就存在这种可能,这就需要打破我们所经历的时间这种匀速不可逆向前的模式。
或许我们可以从爱因斯坦的相对运动论上得出一些启发。
光速是一个对于地球人而言很大的速度,也是相对论中一个重要的常量。
爱因斯坦认为,当一个三维空间中的物体速度增大时,它的相对时间将会减慢,减慢的比率我们权且定义为速度平方除以光速的平方,那么达到光速时,时间将会静止,而超过光速时,时间将会逆转。
公式或许可以这样写:Tv:时间的速度: s/s (秒/秒)Vi:物体的速度C:光的速度(30万公里/秒)Ti:运动物体的当前时间T3:三维空间中的当前时间T0:初始参照时间T:运动物体运动地时间Ti=T0+(1-Vi2/C2)*Tv*TT3=T0+Tv*T我们用T3-Ti 来表示物体与当前时间的相对时间变化,可以得出以下一些结论1、通常Vi2/C2接近于0,那么Ti等于T3,不会因一般的运动出现时间的相对变化。
四维空间的本质来⾃勾股定理?⼩学⽣也能理解的四维空间科普四维空间这个概念在各种场合都能看到,但基本上很少能看到解释的,今天就让我来给⼤家细细解释⼀下,⽤⼩学⽣也能理解的⽅式,如果你看完了还是没有理解,建议回⼩学重修呢亲!⾸先给⼤家来⼀个概念上的认识,四维空间是否存在是不确定的,没有⼈可以证明其存在或不存在。
⽽且从实际的⾓度出发,其实我们所明确知道的就只有⼈类活着的三维空间⽽已,⼆维和⼀维都是我们通过经验把三维“降级”获得了,同样,四维是我们给三维“升级”得到的。
从乘法与⼏何的关系开始我们都学过⽅程,x和y是我们最早接触的未知数,但是⼤家有没有想过,为什么会出现⽅程呢?⽅程本⾝有什么意义?⽅程是数学的⼀部分,⽽数学是⼈类⽣产⽣活中总结出的计数⼿段。
就说乘法吧,它是加法的进阶,4×5的意思同时等于4个5相加或5个4相加。
⽽古⼈在计算⾯积的时候意识到,⽤乘法可以对⾯积进⾏类似加法的计算。
⽐如我把每⼀个⼩黄⾖在平⾯上所占有⾯积算作1,那么当我⽤⼩黄⾖铺满某⼀个平⾯时,通过数黄⾖的数量就可以知道⾯积的⼤⼩。
如果是⼀个长⽅形区域,我数它的⼀边排列着40个⾖⼦,另⼀边排列着50个⾖⼦,就可以⽤乘法快速计数,得到这个⾯积中⼤约可以容纳2000个⾖⼦。
每⼀个⾖⼦都是对⾯积的⼀次分割,于是古⼈决定给它定⼀个标准,⽤相互垂直的线分割平⾯,并⽤规定好的长度给⼩⽅块定⼤⼩。
就以我们现在通⽤的标准长度单位为例⼦,如果说我们对⾯积的计算是精确到平⽅厘⽶的,那就等于将⾯积分割成为很多⼀厘⽶见⽅的⼩块,然后数它们。
长与宽就是计数⽤的单位,⼀个厘⽶的长与⼀个厘⽶的宽相“对应”就可以数出来⼀个平⽅厘⽶⼩⽅块的⾯积。
这样我们就会发现,数学中的乘法可以映照到现实世界中来。
要知道4×5=20的情况下左右两边的性质是相等的,⽽4cm×5cm=20cm2则完全不⼀样,左右两边已经不是同⼀个概念了。
那为什么⽤垂直的线来分割平⾯呢?因为这是可以⽤最少的线对平⾯进⾏完全等分的唯⼀⽅法,你也可以⽤三条线将平⾯分割成许多等⾯积的正三⾓形,但是必须要⽤到三种不同⽅向的线,将每个等边三⾓形分割成1平⽅厘⽶所需要的线⽐正⽅形要多得多。
一张图看懂零维到十维空间事情是这样的,这周我给学生讲3dmax的课。
为了让学生了解三视图我就顺便科普了一下什么是零维、一维、二维、三维空间。
讲完不过瘾,感觉一支粉笔一块黑板讲维度是一件很爽的事情,那么。
..。
...。
接下来请同学们打开脑洞,看我用一支笔几张纸来为同学们展开从零维空间到十维空间之旅吧!零维让我们从一个点开始,和我们几何意义上的点一样,它没有大小、没有维度。
它只是被想象出来的、作为标志一个位置的点.它什么也没有,空间、时间通通不存在,这就是零维度。
一维空间好的,理解了零维之后我们开始一维空间.已经存在了一个点,我们再画一个点。
两点之间连一条线。
噔噔噔!一维空间诞生了!我们创造了空间!一维空间只有长度,没有宽度和深度.二维空间我们拥有了一条线,也就是拥有了一维空间。
如何升级到二维呢?很简单,再画一条线,穿过原先的这条线,我么就有了二维空间,二维空间里的物体有宽度和长度,但是没有深度。
你可以试一试,在纸上画一个长方形,长方形内部就是一个二维空间.这里,为了帮助大家方便理解高维度的空间,我们用两条相交的线段来表示二维空间。
为了向更高的维度前进,现在我们现在来想象一下二维世界里的生物.因为二维空间没有深度(也可以理解成厚度),只有长度与宽度,我们就可以将它理解成“纸片人”,或者是扑克牌K.J。
A Q里的画像。
因为维度的局限,这个可怜的二维生物也只能看到二维的形状。
如果让它去看一个三维的球体,那么他只能看到的是这个球体的截面,也就是一个圆。
三维空间三维空间大家肯定熟悉,我们无时无刻都生活在三维空间中。
三维空间有长度、宽度与高度。
但是,我要用另一种思维来表达三维空间,只有这样,才可以向更高维度推进。
好,现在我们有一张报纸,上面有一只蚂蚁。
我们就姑且把蚂蚁君看作是“二维生物",我在二维的纸面上移动.如果要让他从纸的一边爬到另一边,则蚂蚁君需要走过整个纸张。
但是我们把这张纸卷起来呢?成为一个圆柱,一个三维空间里的物体;这时蚂蚁君只需要走过接缝的位置,就到达了目的地。
第五讲四维空间n维空间概念,在18世纪随着分析力学的发展而有所前进。
在达朗贝尔.欧拉和拉格朗日的著作中无关紧要的出现第四维的概念,达朗贝尔在《百科全书》关于维数的条目中提议把时间想象为第四维。
在19世纪高于三维的几何学还是被拒绝的。
麦比乌斯(karl august mobius1790-1868)在其《重心的计算》中指出,在三维空间中两个互为镜像的图形是不能重叠的,而在四维空间中却能叠合起来。
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,随着数学家逐渐引进一些没有或很少有直接物理意义的概念,例如虚数,数学家们才学会了摆脱“数学是真实现象的描述”的观念,逐渐走上纯观念的研究方式。
虚数曾今是很令人费解的,因为它在自然界中没有实在性。
把虚数作为直线上的一个定向距离,把复数当作平面上的一个点或向量,这种解释为后来的四元素,非欧几里得几何学,几何学中的复元素,n维几何学以及各种稀奇古怪的函数,超限数等的引进开了先河,摆脱直接为物理学服务这一观念迎来了n维几何学。
1844年格拉斯曼在四元数的启发下,作了更大的推广,发表《线性扩张》,1862年又将其修订为《扩张论》。
他第一次涉及一般的n维几何的概念,他在1848年的一篇文章中说:我的扩张的演算建立了空间理论的抽象基础,即它脱离了一切空间的直观,成为一个纯粹的数学的科学,只是在对(物理)空间作特殊应用时才构成几何学。
然而扩张演算中的定理并不单单是把几何结果翻译成抽象的语言,它们有非常一般的重要性,因为普通几何受(物理)空间的限制。
格拉斯曼强调,几何学可以物理应用发展纯智力的研究。
几何学从此开始割断了与物理学的联系而独自向前发展。
经过众多的学者的研究,遂于1850年以后,n维几何学逐渐被数学界接受。
四维空间
四维空间并不是指爱因斯坦广义相对论里的三维空间加一维时间,这是一个认识上的很大误区。
事实上,时间维是独立于空间维的,一维空间也有时间,二维空间也有时间,三维空间也有时间,三维空间加上一维时间构成一个四维时空,这并不等同于纯粹的四维空间。
黎曼几何之后的高维几何学已经发展了很多年,在超弦理论里宇宙的结构是九维空间加一维时间,而M理论里宇宙是十维空间加一维时间的十一维时空结构。
那么,四维空间究竟该怎样理解呢?如上图,两条互相垂直的直线构成了一个二维空间坐标轴;想像第三条直线穿过交点并垂直于前面两直线,就形成了一个三维空间的坐标轴;现在,想像有第四条直线从交点穿过,并且垂直于前面三条直线,就形成了一个四维空间坐标轴。
然而,这条直线是不可能在三维空间里图出来的,它实际上延伸到坐标轴交点内部的四维空间中(在三维空间里,有前后左右上下六个方向;而在四维空间里,还要多出“里”“外”两个方向)。
以此类推,如果有第五条直线垂直于前面四条直线,那么它必定存在于五维空间中。
前面是关于四维空间的描述,接下来我们再讨论一下四维图形。
以三角形为例,在二维平面里,正三角形有三个顶点,并且假设边长等于1(图1);如果有第四
个顶点与前面三个顶点的距离都等于1,那么这个点必定存在于三维空间中,构成一个三维的正四面体(图2);以此类推,如果有第五个顶点与前面四个顶点的距离都等于1,那么这个点必定存在于四维空间中,构成一个四维的“超四面体”。
因为这个图形无法在三维空间里画出来,我们只能用投影的方式研究它的性质。
如图3,正三角形的三条垂线相交得到垂心D,并且D与ABC分别形成三个钝角三角形。
如果我们将垂心D“拉”到三维空间作为第四个顶点,就会得到图2的正四面体,原图中三个内部的钝角三角形到三维空间后都变成了外部的正三角形。
同样,我们再在正四面体内部做垂线得到垂心E,E与ABCD分别形成四个“扁”四面体。
如果我们将垂心E“拉”到四维空间作为第五个顶点,就会得到一个四维的“超四面体”,原图四个内部的“扁”四面体到四维空间后都变成了外部的正四面体。
这个图形是由5个顶点、10条棱、10个三角面、5个四面体构成的“超体”,很难在脑海中想像出来,因为我们处于三维空间中。
有了上面的基础,我们开始探讨四维空间的一些重要性质及相关的神秘现象,因为这些图大都无法画出来,所以只能靠想像了。
1.三维切体与UFO变形
如同大家所熟悉的,如果用一个二维的平面去截取一个三维物体,从不同的角度切割会得到各种各样不同的平面图形。
同理,如果用一个三维空间去切割一个四维物体,也会得到各种各样不同形状的三维“切体”。
我们经常看到UFO报告里提到某些UFO具有“变形”的能力,高速运动尚可以接受,但变形就很难理解了。
或许,这并不是因为它们真的在变形,而是因为这些UFO是四维结构的,我们所看到的不过是它自转的时候被我们所在的三维空间“切割”得到的不断变形的“切体”。
(至于UFO为什么要自转,用广义相对论解释就是模拟重力;还记得007电影《太空城》里面,当那个环形宇宙空间站停止自转的时候,里面的人都因为失重飘了起来)
2.高维全貌与天眼
假设你是一个二维的平面人,生活在清明上河图里,你眼中的世界会是什么样子呢?是点和线!没错,你所看到的只能是一个由杂乱无章的点和线组成的世界,而只有到了三维世界,你才会发现那是一幅精美的图画。
这也就意味着,一个人只有到了更高维的空间才能一览无余地看到所在空间的全貌;我们生活在三维空间里,但实际上我们看不到这个空间的全貌,如果我们在四维空间里观察这个世界,某些看似杂乱无章的古代遗迹可能就会变成一幅奇妙的图画。
还有类似“天眼”的现象。
某些宗教修行到了一定阶段的人,能够坐在一间屋子里却看到整个城市——并不是像望远镜那样逐区扫描,而是一览无余地看到所有建筑、街道和行人。
一个人即使视野再宽,想看到一个建筑的所有侧面也要绕着它走一圈,但是开了天眼的人却可以“同时”看到这个建筑的360度,这或许是因为此人的意识暂时进入了四维空间,在四维空间里观察三维空间的结果。
3.内部空间与透视
想像纸面上有一个细胞切面,如果你是一个二维的平面人,除非刺破它,否则永远看不到这个细胞里面有什么。
然而我们在三维空间却可以一眼看到这个细胞的内部结构。
这就意味着,在低维空间里原本属于内部的东西,到了高维空间都会变成外部的(前面三角形变四面体,四面体变超四面体的例子也展示了这种性质)。
再形像一点说就是:低维空间不过是高维空间的表皮!由此我们再联想到一些透视的例子,如果一个人的视觉能够穿越维度的话,那么看到另一个人的内脏是很自然的结果(当然透视可能并不都是这种原因)。
4.封闭空间与穿墙术
在一个二维平面里,如果想围住一个人只要用一个封闭圆圈就可以了,但如果这个人能够进入三维空间就可以轻易跳出这个圈子。
以此类推,在三维世界里用一个封闭空间就可以隔离一个人,但如果这个人能够进入四维空间也可以轻易跳出这个三维空间的隔离,这或许就是某些穿墙术的原理。
5.梅尔卡巴的高维扩展
熟悉神秘学的都认识左图是一个梅尔卡巴,又叫六芒星,是形成宇宙的基本结构之一。
它由两个相交的正三角形构成,有六个顶点并且内接于一个圆形。
但实际上那只是梅尔卡巴在二维平面的投影,梅尔卡巴本身是多维的,在每个维度的空间都有不同的展现。
右图就是三维空间的梅尔卡巴,是由两个正四面体相交得到的“星形四面体”结构,有八个顶点并且内接于一个球体。
由此我们可以联想,四维空间的梅尔卡巴是由两个相交的超四面体形成的“超星体”结构,有十个顶点并且内接于一个四维超球体之中。
可见,某些神秘学几何图形如犹太教的卡巴拉、古印度教的梅尔卡巴、苏菲秘教九宫图、佛教曼陀罗、道家阴阳太极图等其实都是在二维平面上的简化版,真正的结构和意义要复杂得多。
6.莫比乌斯环、克菜因瓶及宇宙的边界
一个纸条有正面和反面,如果不充许从边界绕过去,有没有办法从一面到另一面呢?有,就是把这个纸条的一端扭转180度再和另一端连接起来,形成一个莫比乌斯环(如上面左图)。
实际上,这个扭曲的二维结构是没有正反面之分的,仔
细观察就会发现,只要你在这个纸面上沿着一个方向走,就能够经过这个纸条的所有位置并且回到原点。
然而,莫比乌斯环表面虽然是一个二维结构,但是它本身却只能在三维空间存在。
那么三维空间有没有对应的结构呢?有,就是克菜因瓶(如右图)。
在这个奇怪的管状物里行走,你能经历所有空间的正面和反面。
其实这只是一种简化的表示,真正的克菜因瓶是不可能在三维空间里画出来的,因为它本身存在于四维空间。
克菜因瓶好像有一个与自己相交的部分,然而在四维空间它并不相交,就像莫比乌斯环在三维空间不相交一样。
事实上,我们的宇宙就是一个由扭曲的空间形成的克菜因瓶结构。
这个宇宙的大小是有限的,但是并没有边界,你沿着同一个方向走会经过该直线上所有空间的正面和反面并且回到起点。
7.超球面、内层空间与卡萨拉行星门
既然这个宇宙是有限且没有边界的,那么从一个位置到另一个位置是不是只能靠漫长的太空旅行呢?当然不是。
前面已经论述过,宇宙本身是多维的,而“低维空间不过是高维空间的表皮”。
因此,虽然我们这个三维空间看起来很充实,但实际上只是四维空间“超球面”的一部分,黑洞就是穿越球表面的洞。
在这个超球体内部还有空间,是三维世界永远无法到达的,称为“内层空间”。
内层空间有很多小的“入口”和“接线”,类似于虫洞从表面的一个位置连接到另一个位置,或者从一个维度连接到另一个维度,这些就是GA所说的卡萨拉行星门,也是UFO穿越时空的主要方法之一。