四维空间不同于四维时空,四维空间指的是标准欧几里得空间,可以拓展到n维;四维时空指的是闵可夫斯基空间概念的一种误解。人类作为三维物体可以认识四维时空但无法认识四维空间,因为人类无法认识第四个空间维度。
通常所说时间是第四维即四维时空下的时间维度,四维空间的第四维指与x,y,z同一性质的空间维度。
在物理学中描述某一变化着的事件时所必须的变化的参数,这个参数就叫做维。几个参数就是几个维。比如描述“门”的位置就只需要角度,所以是一维的而不是二维。
简单地说,零维是点,没有长度、高度及数量。一维是由无数的点组成的一条线,只有长度,没有其中的宽度、高度。二维是由无数的线组成的面,有长度、宽度没有高度。三维是由无数的面组成的体,有长度、高度、数量。
因为人的眼睛只能看到三维,所以四维以上很难解释。正如一个智力正常,先天只有一只眼睛,一只耳朵的人,即就没有双眼效应,双耳效应,他就很难理解距离了,他很可能认为这个世界是二维的。
一个简单的说法,n维就是两个以上的n减一维物体垂直所形成的空间。
因为,人类只能理解三维,所以后面的维度可以通过数学理论构建,但要仔细理解就很难。在量子力学,仍在建立的弦理论,认为世界是十一维的。即是指,十维空间加一维时间。
首先,错误的说法是把“四维空间定义为三维空间加时间轴”,而“三维空间加时间维”是另一种说法。前者也并非是什么四维时空,而且本身四维时空就是个伪概念。
很简单,时间只是因为粒子运动、宇宙膨胀而出现的概念,为什么它就能成为第四维?
另外,时空和四维空间的概念是有区别的将四维空间定义为三维空间+时间轴的说法是对于闵可夫斯基空间这个概念的误解,而为什么这个误解这么广泛呢?
很简单,甚至于科普读物刻意去硬生生地套用了这么一个东西,造成广泛的读者影响。其中这个里面涉及到了一组四维矢量场,也就是四维矢量依据它们内积的正负号来区分,有几种分类,是类时,是类空,是零或称类光。
然而,关于零矢量一个有用的结果:“若两个零矢量、正交,即零内积值,则它们必定是呈比例关系。”
以上的零基底部的时间方向选定,以及类时向量的概念,让很多人误以为“空间和时间组成了另一个空间”,而实际上上面只是描述了时间和空间的协同作用罢了,这便是前面那个说法的来源。
而实际上时间维是一种替代说法,并不是说第四个维度是时间,和前面那种说法并非一回事,第四维在主流的说法中具有连续性。
著名的数学模型克莱因瓶,第四维穿过三位这个本质多面体,但四维空间的本质还是空间。
而为什么这一维会定义为时间维度呢,是因为某一派观点认为广延的“时间”具有空间性,故而出现的一种替代说法,你要将它叫什么其实都可以,它是一个统一,确定的定义概念下产生的依据不同学派自主概念的命名法。
有些童鞋有点纠结于“时空”这个说法,其实,没有四维时空这种说法还有另一个理由,也就是时空在近代物理学中的概念本来就是四维的,所以不会冒出五维时空,也不存在时空前面特别说明为四维。
近代物理学某一派认为,时间空间相互且可变,且其变量互相存于其中,而他们在特定条件下所对应的这一个广域叫做时空。
最早的人确实将时空等同于空间加时间轴,现在更多在避开这种本初定义。
时空可能收到物质和能量的影响发生扭曲或者凹陷,且其最小单位是普朗克时间和普朗克长度。这是这个概念的由来,但是很多人把时空和四维空间混用,这两者有相关性,但不能混用。
何不一定是真实现象的描述,几何空间和自然空间并不能完全等同看待,纯概念的研究几何的发展是数学界的一个里程碑。从零维空间到三维空间,尤其是从三维空间到四维空间的发展更是几何学的的一次革命。
对于爱因斯坦的四维空间,人们普遍认为空间有轴对称性,或是中心对称。
譬如,倘若一个三维空间的人进入四维空间,并且按照适当的方式“旋转”一下再回到3维空间,那么他会被‘轴对称’一下。这在3维空间中当然是不可能实现的,除非运用三维版本的麦比乌斯带。
当然,由于没有人进入四维空间,所以这只是一个从二维空间类比而得的假设,无法进行验证,但是关于时间轴的观点以及时空错乱瞬间的现象与这是相符的。
从二维空间的一个图形是不能在二维空间进行对称的,但进入三维空间,就可以通过进行翻转回到二维空间时,就可以实现对称,因为在二维空间是不能进行翻转的,只能旋转或平移。
因此我们可以推测三维物体进入了四维空间,再回到三维空间可能物体会被“轴对称”一下。
说空间是多少维的提法本身就有问题,应该这样来描述才对,空间以长度为单位来计量,可以看做是三个互相垂直的轴线所包含的区域,但物理空间并不仅限于这些区域,还有能量场、引力场、微观粒子等其存在于空间不能以长度来衡量的区域。
也就是说,空间从长度来看,