【生科科普】四维空间看世界

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本文由舞动生之韵[tnu-sky]荣誉出品

整理＝张小兰 | 编辑=韩欣娆

小生说

在世界的神秘面纱还未完全揭开前，我们是好奇的，同时也是渴望得到一个确切的答案。有没有你做过的梦，时隔多年后竟然真的重现了，很多同学都存在困惑为什么会这样，但是直到今天，依旧没有找到答案。有人提出了思维的空间，甚至多维的空间，以及平行宇宙的问题。小生相信世间万物都可以用科学来解释，所以我们今天先来了解什么是四维空间。

四维空间不同于三维空间，四维空间指的是标准欧几里得空间，可以拓展到n维；四维时空指的是闵可夫斯基空间概念的一种误解。人类作为三维物体可以认识四维时空（三个空间维度和一个时间维度）但无法认识四维空间，因为人类无法认识第四个空间维度。通常所说时间是第四维即四维时空下的时间维度。四维空间的第四维指与x，y，z同一性质的空间维度。

简单地说：零维是点，没有长度、宽度及高度。一维是由无数的点组成的一条线，只有长度，没有其中的宽度、高度。二维是由无数的线组成的面，有长度、宽度没有高度。三维是由无数的面组成的体，有长度、宽度、高度。

因为人的眼睛只能看到三维，所以四维以上很难解释。正如一个智力正常，先天只有一只眼睛，一只耳朵的人(这样就没有双耳效应，双眼效应)，他就很难理解距离了，他很可能认为这个世界是2维的。有些同学有点纠结于“时空”这个说法，我先说，没有四维时空这种说法还有另一个理由，也就是时空在近代物理学中的概念本来就是四维的，所以不会冒出五维时空，也不存在时空前面特别说明为四维。近代物理学某一派认为，时间空间相互且可变，且其变量互相存于其中，而他们在特定条件下所对应的这一个广域叫做时空（最早的人确实将时空等同于空间加时间轴，现在更多在避开这种本初定义），时空可能收到物质和能量的影响发生扭曲或者凹陷，且其最小单位是普朗克时间和普朗克长度。这是这个概念的由来，但是很多人把时空和四维空间混用，这两者有相关性，但不能混用。说空间是多少维的提法本身就有问题，应该这样来描述才对，空间以长度为单位来计量，可以看做是三个互相垂直的轴线所包含的区域，但物理空间并不仅限于这些区域，还有能量场、引力场、微观粒子等其存在于空间不能以长度来衡量的区域。也就是说，空间从长度来看，具有三维特性，但同时还有长度所不能描述的其它特性。另数学意义上的4维空间在物理模型上是无意义的，因为按照n维坐标的定义，第4维也应是以长度为单位的轴线，这条轴线应是垂直于其它三维的，长度为单位的轴线大家都能感知的，如果存在，我们肯定能观测到，但大家都知道现实中是找不到这种情况的，所以在现实中，没有数学意义上的四维空间。

小生说

这只是对于小伙伴们所困惑的问题的一种解释，也许这并不是最终的答案，更准确的答案仍在探索之中，也许最后解决这个问题的就是充满好奇心的小伙伴们。

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