四维空间$如何理解高维和低维空间,与我们世界有何区别,它们到底存在吗?( 二 )


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而一维空间就是一根线,这根线却不是我们通常理解的缝衣线或者用笔画的那根线,而是一个只有长度,没有粗细,也就是没有直径或者说宽和高的线,因此也是没有体积的;二维空间是一个面,就像一张纸,但却不是纸,也不是最薄最薄的膜,这个面有长和宽,却没有厚度,因此是有面积而没有体积。
四维空间$如何理解高维和低维空间,与我们世界有何区别,它们到底存在吗?
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零维、一维、二维对于我们生存的世界来说,属于低维空间。我们的世界属于三维空间,比二维多了一维,这一维很关键,让我们有了立体感,或者说我们看到的世界依然是平面的,但我们可以描述立体世界。
为什么这么说呢?因为我们看到的物体,依然只能看到其正面,而看不到其后面,只是由于有了两只眼睛,可以看到更多不同的侧面而已;但我们有了高低概念,就可以描述出物体的立体形象。
低维空间的生物如何存活?
数学中描述的零维和一二维空间的样子,如果有生命或文明存在,它们的生存状态怎么理解?在我们三维世界能够理解吗?有许多人设想过这种空间的生物是个什么样子,甚至一些科学家,如已逝的物理学家霍金,也做过设想。
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现在流传的大同小异的说法是,零维和一维根本无法想象。而在二维空间,生物的视角只有一个维度,它们看到的永远是一条前方的线段,相遇无法让道逾越。因为它们都在一个没有厚度的平面上,所有遇到的“线段”都能挡住它;因而,那里的生物无法具备消化器官,因为如果有一根从嘴巴到肛门的消化器官,就会将身体分为两半。
那么它们如何进食生存呢?即便不需要进食只需要吸收能量,如果有能量从某一边辐射过来,又如何进入这种生物身体呢?因为这种生物没有厚度,一个电子的厚度也没有,能量如何进入呢?
四维空间$如何理解高维和低维空间,与我们世界有何区别,它们到底存在吗?
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【 四维空间$如何理解高维和低维空间,与我们世界有何区别,它们到底存在吗?】所以,如果真的有低维空间和低维文明,在我们三维世界,是无法想象其状态的。但刘慈欣有办法,在他的《三体》小说中,描述了二维世界的样子:高层次文明向太阳系丢过来一个二向箔,这是一种降维武器,在二向箔的降维打击下,太阳系被降为二维世界,每一个星球乃至每一个原子都压扁铺开,就像梵高在精神病院所画出的代表作《星月夜》的样子。
小说还在另外的章节描述了高级文明为了应对更高级文明的打击,将自己降维到二维生物,苟延残喘。
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这些描述充满了矛盾。因为即便一个原子被压成了二维,也就是没有了厚度,其面积也是不可想象的。一个原子直径约10^-10m(米),也就是厚度为10^-10m;普朗克尺度约为1.6*10^-35m,比原子小了25个数量级。也就是说1个原子被压扁成一个1.6万亿千米直径的大圆圈时,也还是有普朗克厚度的。
几个原子被压扁到普朗克尺度,就成了光年级的圆饼了,而一个尘埃就由亿亿个原子组成,整个太阳系被压成二维,那将是一个什么场景,实在无法描述。
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实际上,如果真有二维世界,连基本粒子和光子也被压成了无厚度,也就是不存在了,又是什么组成了所谓的生命和文明呢?而一个原子甚至一个电子,展开成无厚度的平面后,都会成为无限大,会包裹整个宇宙,怎么可能再看到太阳系像梵高的《星月夜》样子呢?