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?( 三 )
因此我们就不要自作聪明地瞎猜了,低维世界或者说空间根本就是我们无法理解的,什么消化道之类的完全就是扯淡。
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因此,人类只能理解三维世界。
因为我们就处于三维世界,我们看到的物体都是实实在在的三维物体,包括一只蚂蚁或一个病毒,都是三维存在。三维世界的数学解释就是有长宽高三个维度,就撑起了我们通常说的“空间”,在这个立体空间里,宇宙万物生生灭灭的动态存在着,而标示这种存在的过程就是时间。
由此,时间是三维空间的一维轴,贯穿在由x、y、z三个维度撑起的空间中一路向前,有去无回。这就是闵可夫斯基描述的四维时空。
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爱因斯坦的狭义相对论赞同闵可夫斯基四维时空的说法,但把时间、空间、物质、运动有机的柔和在一起,认为我们的世界四位一体不可分割的,是相互依存并且具有相对性原理的存在。而在广义相对论中,爱因斯坦又把质量导致的时空弯曲,表述为我们宇宙运动变化的根本。
这就是三维空间的本质。闵可夫斯基的四维时空本质上就是动态的三维空间,与所谓四维空间是性质完全不一样两个概念。
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不同维度空间的理解和区别
四维空间在数学和物理学里面又叫“欧几里得四维空间”,也就是在三维空间的x、y、z维度上,增加一维同一性质的维度,没有人能够对这个多出的维度怎么安放得出令人满意的答案,也没有人能够给四维空间一个足够准确星系的认知,有人认为,或许人们能够看到四维空间现象,却无法想到这就是四维空间。
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有人用莫比乌斯环和莱茵瓶企图打开人类想象,一只蚂蚁的视界可能是平面的,我们可以把它理解为二维生物的视野,它们只有前后左右的概念,没有上下的概念,因此,蚂蚁在纸张平面上爬行,如果不爬出边界,是无法到达另一面的。
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但如果弄成一个莫比乌斯环,它就能一直爬行无须越过边界,也可以到达平面的另一面,而且会回到原点;而克莱因瓶只是一种思想实验,在这个莱茵瓶里,无须打破表面,里面的物质可以到达内外表面的任何地方,则象征着一个四维空间。但事实上,在我们三维世界,永远也无法做出真正的莱茵瓶。
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但这种想象依然只是三维空间的思维:人们认为三维空间看二维空间一目了然,可以看到一只在二维表面生物的前后左右和上下,并且只要轻轻提起这只二维生物,就可以让其越过任何障碍到达另外的空间;四维空间的物体就像三维空间的人类对待二维生物一样,可以看到我们的过去未来,随意改变我们所处的时空位置。
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我们用更通俗的比喻可以描述二维和三维空间生物的存在方式:
在二维世界,因为不知道高度的存在(实际上也没有),三维生物要困住它们只要在它们周围画一个圈,它们就无法逃脱,但三维世界的人随便一抓就可以轻易把它们从圈中提出来,而它的同伴会发现这根线条突然就不见了;而在三维世界,要困住一只老虎或者犀牛,则除了在它们周围画一个圈,这个圈还需要高出平面,甚至做成有顶的栅栏,从地面和高度都把它们围起来。
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