神秘的四维空间

发布网友发布时间：2022-10-21 12:17

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热心网友时间：2024-07-01 04:37

生活在一个三维的世界里，我们可以很容易地想象出二维和三维的物体。但数学家和物理学家总是觉着三维是不够的，他们需要更高维，比如四维，那么四维空间又是什么样子呢？

在物理学中，维度可以定义为某物在特定方向上的大小。我们周围的一切都是由三维构成的。

这些被称为三维或3D物体。在我们研究四维空间之前，首先我们需要了解前三维空间。

零维

例如，让我们拿一张纸。在纸上画一个点。点没有方向，也没有大小。我们可以说这个点没有任何维数，我们称它为0维(0D)

第一个维度

接下来，从这个点开始，沿着x轴画一条直线。现在，我们可以测量这条线的长度。所以，我们可以说这条线只有一维。这叫做一维物体或一维物体。

第二个维度

然后，从这条线开始，沿着y轴在两端画线，并把它转换成一个正方形。现在，对于这个正方形，我们可以测量它的长度和宽度。因为我们能够测量它的长度和宽度，现在我们可以说这个正方形有两个维度。这些被称为二维或二维对象。

第三维

接下来，从这个正方形开始，沿着z轴画线，并将其转换成一个立方体。现在，我们不仅可以测量它的长度和宽度，还可以测量它的高度。我们可以测量它的长，宽，高，现在我们可以说这个立方体有三个维度。这些被称为三维或三维物体。

第四维度和时空连续体

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦发表了他的狭义相对论，认为时间是第四维度。

让我们再看看这个立方体。只要立方体是固定的，我们就可以确定它在x、y和z轴上的位置。

但是，如果这个立方体开始移动呢?我们怎样才能确定它的确切位置呢?

为了说明这个移动物体的位置，爱因斯坦在这个三维空间中引入了一个叫做“时间”的维度。

那么，“时间”怎么会是一个维度呢? 对于一个维度来说，它必须有方向和大小。同样，时间也可以被测量。而且，时间总是朝前流动。因此，爱因斯坦认为时间是第四维度。现在，在时间的帮助下，我们可以确定这个移动立方体的确切位置。

例如，我们可以说，在上午8:00，这个立方体处于一个特定的向下的位置(x,y,z)，而在上午9:00，随时间的流逝，它处于一个向上的位置(x,y,z)。

四维几何

前三个维度包括线、正方形、立方体都是几何，而第四个维度又怎能仅仅是“时间”呢?根据爱因斯坦的时空连续统理论，时间是第四维度。

但在数学几何中，第四维是一个形状。为了理解四维的几何，我们需要从不同的角度来看前三维。

让我们回到点上来，我们知道点是没有维度的。

我们从这个点画出的直线有两个点。一个点在头，另一个点在尾。

我们用这条线画出的正方形，它的四条边都有线。

我们从这个正方形画出的立方体在它的6个面上都有正方形。

让我们用更简单的方式说。一维有两个零维。二维有4个一维。三维有6个二维。

如果按照同样的规则，那么四维应该有8个立方体。

4D = 8 3D

四维应该有8个三维。如果我们按照这个来画，这就是四维的形状。

这个形状被称为宇宙魔方。宇宙魔方有8个立方体。在几何学中，随着我们增加维度的数量，它们的形状将变得越来越复杂，难以用我们的视觉来理解。