爱因斯坦在相对论中|人类为什么想象不出四维空间?
爱因斯坦在相对论中 , 提出四维时空的概念 , 我们生活在三维空间+一维时间的时空领域中 , 时间对应着三维空间的位置和状态 。
但是空间真的只有三维吗?随着科学家对微观世界的探索 , 越来越多的科学家相信 , 这个世界存在更高维度的空间 。
我们知道一维、二维、三维 , 但人类却永远无法想象出四维空间是什么样子!
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四维空间 , 超出了人类的认知?
由于我们生活在三维空间 , 因此对低维度空间了如指掌 。
一维的线条、二维的平面、三维的体积 , 但是对于四维空间 , 人类毫无想象空间 , 因为四维空间是一个完全未知的领域 , 超出了人类的认知 。
人类虽然具有想象力 , 但想象力基本来源于生活中的认知 , 科幻作品中 , 往往都可以找到熟悉的影子 。 如果让我们想象一下未来的生活 , 第一反应可能就是会飞的汽车 , 更高的建筑等等 , 因为这些就是我们生活中常见的事物 。
想象力 , 就是给予已有知识的一种拓展和拼接 。
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四维空间 , 则是一个完全没有认知的领域 , 一切为“0” , 自然难以想象 。 既然无法想象 , 人类就需要通过另一种方式推测四维空间——找规律 。
幸运的是 , 我们生活在三维空间 , 我们具有一维至三维的全部空间认知 , 因此可以通过找规律的方式 , 大致推断出四维空间的特征 。
了解四维空间的具体特征 , 或许就可以搭建出满足条件的模型 , 让我们看一看四维空间的“影子” 。
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四维空间具有什么规律?
空间维度的提升 , 往往具有特定的规律 , 一维空间就是一条单纯的X轴;进入到二维空间 , 出现了与X轴垂直的Y轴 , 两条轴线定义了长和宽;进入到三维空间 , 出现了同时与X轴、Y轴垂直的Z轴 , 三条轴线定义了长、宽、高 。
从轴线的规律来看 , 四维空间也应该出现一条额外的轴线 , 并且同时垂直三维空间的三条轴线 。
可惜的是 , 无论是你的大脑还是最聪明的人类大脑 , 都只能从一维到三维的角度考虑空间 , 第四维的轴线无法想象 , 因为我们没有任何相关的认知 。
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通过空间维度的提升 , 我们还可以找到其他规律 。
从二维空间观察一维空间 , 所有的线条都可以尽收眼底 , 也就是说 , 二维空间可以看到一维空间的全部事物;但一维空间看自己呢?只能看到一个点 。
从三维空间观察二维空间 , 也可以看到二维空间的全部事物 , 因为二维空间只是一个平面 , 三维空间可以占据高度 , 看到二维空间的一切;但二维空间看自己呢?只能看到局部的一条线 。
通过高维度的空间视角观察低维度空间 , 可以观察到空间内的一切内容 。 如果四维空间观察三维空间 , 同样可以看到一切 , 即使是体积内部 , 从四维角度也可以一览无余 。
这一条件也很难想象 , 不打开箱子 , 就可以看到箱子内的一切 , 即使使用人类最先进的科技手段 , 也很难完美做到 。
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四维空间 , 真的毫无线索吗?
人类对四维空间毫无认知感 , 基本没有想象空间 , 那么四维空间真的遥不可及吗?
爱因斯坦的虫洞理论 , 为四维空间提供了线索 , 如果人类可以在宇宙中找到天然的虫洞 , 或许就可以直观看到四维空间的产物 。
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