火柴人@4维空间被数学家证明真实存在，人若进入4维空间，会发生什么？( 二 )

爱因斯坦在广义相对论和狭义相对论中提到过一个“四维时空”，他说宇宙是由三维空间和一维时间组成的‘四维时空’”，但这里的“四维时空”和我们所说的四维空间不是一个概念，二者之间也没有因果关系。这两种概念中的模型完全是两个完全不同的结构体。
四维空间具有正交性。在三维空间里，上下、左右和南北三对方向两两正交，也就是说，这三对方向中，每一对之间都成直角关系。

文章插图
四维空间示意图
如果想在二维空间画出一个三维图形，除了X和Y轴以外，还要增加Z轴来体现三维图形的纵深感，也就是立体感。在计算机绘制的图形中，会使用深度缓冲来描绘Z轴。
而四维空间则需要四个向量才能抵达其中的一个点。所以四维空间被大家普遍认为是三维空间的堆积。想要从三维空间进入四维空间，必须要找到一个新的运动方向，这个方向不是三维中的X、Y、Z，不是我们常说的上下、左右和前后，而是一种突破三维空间的方向概念。

文章插图
四维空间变化图
人们认为四维空间具有中心对称性，但这一概念只是人们根据二维到三维的转换得到的推理，并且在现阶段还无法被证实。一个二维图形进入三维空间，就可以在立体空间里翻转实现对称。因此我们推测，如果一个三维的物品进入四维空间，是不是也可以通过某种方式实现轴对称。
由于四维空间的想法实在太过先进，很多人都对这个理念嗤之以鼻，直到德国数学家乔治·伯恩哈德·黎曼用数学公式证明了它确确实实存在，这才让大家开始认可和探索这一新的领域。

文章插图
四维空间是一个时空概念
乔治·伯恩哈德·黎曼1826年9月，黎曼出生于德国一个名叫布雷瑟伦茨的小镇，他的父亲是当地有名的牧师，在其他5个兄弟姐妹中，他排行第二。虽然他从小就是一个不善于表达、内向的人，但他在独处的时间里都在不断学习。
原本在父亲的影响下，黎曼到哥廷根大学学习哲学和神学，也许顺着这个专业毕业以后，他也会像父亲一样成为牧师。但是在上学的时候，他旁听了一些数学讲座，于是跟父亲商量改学数学。于是在1847年，黎曼转学去了柏林大学，连续两年攻读数学专业，然后在1851年重返哥廷根大学并获得了博士学位。

文章插图
数学家黎曼
1854年，他第一次公开演讲，阐述自己在数学领域研究到的成果，演讲的内容是《论作为几何学基础的假设》。他认为，曲面不仅仅是一个二维图形，更应该是一个单独的几何实体，自此开创了黎曼几何。也正是他的数学方面的研究，为爱因斯坦的广义相对论提供了数学方面的支持。
爱因斯坦在黎曼数学研究理论的支持下联想到，宇宙中蕴藏着的庞大数量的物质把宇宙的中间压出来一个凹面，所以空间出现扭曲，物质之间的引力也是因为空间扭曲导致物体向低洼处或者说是更重的物体滑落。

文章插图
数学天赋很高的黎曼
物体越重，造成的曲面越大，吸引的物体更多。但是因为宇宙中的其它物体都有自带的初速度，所以轻的物体才没有直接滑落到重的物体上，而是围着重的物体不停旋转。等到初速度被耗尽，就会滑落到重的物体之上。
爱因斯坦的相对论证明了黎曼几何的正确，也证明了空间存在的扭曲，之后，黎曼发表了《论几何基础假说》，证明了四维空间的真实存在。后来，其他科学家根据他的启发为四维空间构建出了模型。所以四维空间能被证明存在全靠德国数学家黎曼的研究。