類比二維到三維世界,四維世界大概是個什麼樣子?

應該怎麼類比二維到三維世界來看待三維到四維世界,腦洞打不開啊。四維世界會比三維世界多著什麼?


二維世界的邊界在三維里是可以跨越的,比如一個紙上一個圓,你無法在紙上從圓外走到圓內。看我丑圖

但是在三維世界,你可以這麼進去

多出來的這個緯度也就是"長寬高"裡面的"高"可以讓你輕易跨過二維邊界,那麼類比來了三維的邊界我們跨不過

"里外"這個概念對我們是絕對的,在四維世界就不一定了。就像紙上的"內外"對紙上的人來說是絕對的,對我們來說不是絕對的。四維可以輕易越過我們的三維邊界進入裡面,就好像從圓外可以直接摸到圓心,不摸到圓的邊界,醫生可以直接對你心臟動刀不用切開你皮膚一樣。圖我畫不出來,三維世界的我們永遠"看"不到四維。

-------------------------------------------------------------問題回答完了,進入腦洞環節

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蟲洞是什麼?

先理解下二維世界的蟲洞,二維世界裡有相聚很遠的兩點,老死不相往來,看我丑圖,嗶------(?????)っ

現在有一種外力,比如上帝視角的我們,把兩頭疊了起來

然後A點就可以直接到B點了,重疊這兩點就是一個二維的蟲洞,因為客觀存在三維世界,所以紙可以被"疊"那麼,三維的蟲洞是什麼?假設北京和華盛頓有兩點,這麼遠坐飛機要好幾千。現在有人把我們的世界"疊"了起來,使得這兩點一瞬間重合,我們就可以穿過去了,這就是蟲洞。我也不知道怎麼疊,就像二維世界的人不知道我們怎麼疊他們的世界一樣。 對"連接世界上兩點"這個設定微妙的很熟?沒錯我們說的就是他和他的神器

有力氣再更新下自己的腦洞吧。


我覺得吧,二維宇宙的物理學就很難想像。

首先光怎麼傳播捏?一個電場方向,一個磁場方向,然後就只能是一個靜止光子了么?

或者磁場變成標量場?——磁場表示不服,憑啥不是電場改成標量場?——電場表示誰讓你沒有天然的單極子……

總之增減一個維度代表整個物理體系的重寫,不是簡單類比能自洽的。


斯坦福大學公開課:量子力學

題主如果有時間,可以看一下上面這個視頻。不需要看很後面,大概5分多的時候,教授就會回答你的問題。

如果沒有時間,我轉述摘錄一下:

在經典物理中的描述較容易理解,是因為他們大多是生活中可見的概念和現象,而我們的大腦天生就是能夠處理這些的。一旦物理走出參數化的領域,走出日常生活的經驗,進入非常小的物體中,或他的速度非常快而超出經典物理的範疇,我們不可避免地遇到不可想像的事物。

沒有人能想像四維時空,更不用說十維十一維了,你只是生來不具有這個能力。

一些人可能向你或者他們自己解釋這些抽象的物理概念。其中有很多錯誤,正是因為他們試著去把這些概念可視化,試著用經典和直覺的方式解釋他。

你可能認為好的物理學家是擅長可視化的,但是你錯了,在想像五維空間上,我並不能比你做得好。但是我知道如何用抽象的數學去解釋他。其實,並沒有什麼辦法代替這些抽象的思考。

其實你也很難想像二維空間。很多人說他們可以想像彎曲的二維空間,其實他們想像的是嵌入三維空間中的彎曲二維表面。一維空間也是如此。

其實你是自己神經架構的囚犯。你的神經結構是為三維而生的。而你可以通過訓練自己的抽象思維來超越他。在你學習量子力學一段時間之後,你並不會得到「看見」抽象概念的能力,但是你可以用抽象的數學去解決它。

再多說兩句,以前我也覺得高維空間什麼的很厲害的樣子,但是當你學習到統計物理、量子力學之後,你會發現多維空間也就是很平常的數學工具、數學概念而已。

我們學熱統時,2n,2Nr維經常用,你並不需要「看到」他是什麼樣子,但是這些數學抽象空間可以幫助你描述系統、得到結論。

所以如果你試圖向別人解釋高維時空,不然你就是小說家,不然你就要開始犯錯誤了。


我們生活在三維空間,無法想像四維空間生是什麼樣子,但四維空間對於三維空間,在某些方面可以用三維空間對於二維空間來想像。

《三體》中描述了四維空間的存在,這些知識在《從一到無窮大》這本書有詳細的解釋。下面是我的一些總結。

我們可以想像一個二維空間,這就是一個沒有厚度的紙片。在紙片上生活著一些二維的小人。在二維空間生活的小人兒沒有厚度,無法翻身,每個人只有正面,他們只能看到所在二維空間的情況,不知道,也無法感知所在三維空間的情況。同樣,我們生活在三維空間,無法想像四維空間是什麼樣子。

從概念上講,二維空間的小人認識低維的一維線段,知道二維空間由無數的一維線段組成,同樣,我們可以知道四維空間是由無數的三維實體組成。

很多人一直在談,四維空間的第四維是時間,那是科幻小說看多了。從數學概念上講,加上時間,三維空間可以構成四維概念,但不是四維空間。四維空間的第四維還是空間,只不過我們還沒有感受到。我們就像二維空間中的小人,只看到了我們生活的空間維度,還沒有看到生活空間以外的維度。

下面從二維空間讓我們逐漸了解我們的三維空間。

1,空間封閉。

在二維空間的小人兒四周如果用一個封閉的曲線,比如一個圓,或矩形,或不規則形狀圍住他,則二維空間的小人兒將無法逃出這個封閉的曲線。但是作為三維的我們,如果把小人兒拿到三維空間,然後再放回二維空間的其它地方,二維空間的小人兒就以其難以理解的方式逃出了曲線封閉空間。

在三維空間,一個封閉的箱子,一個屋子,一個封閉的飛船在三維空間都是封閉三維物體的封閉空間,正如一個封閉曲線封閉二維小人兒。在《三體》中,那個女人能夠從封閉空間取出金杯,不破壞腦殼而取出一個人的腦子。

與空間封閉類似的還有一個鎖的概念。二維空間中,一個「工」字形物體,只要在其兩側各安裝一個釘子,則物體就無法逃脫。同樣,三維空間中,類似啞鈴的物體,只要用環套住了中間部分,物體即無法脫離。警察的手銬就是這個原理。二維空間中,「工」字形物體只要進入三維空間,即可脫離釘子的束縛,同樣,啞鈴形物體只要進入四維空間就可脫離手銬的束縛。

2,鏡像。

在二維空間,一個人的左手永遠不可能和右手完全重疊。而在三維空間,我們可以雙手合十重疊在一起。對於二維空間的小人兒,如果我們可以拿起那個左手,翻轉後就可以和右手重合。

在三維空間,我們的左手手套和右手手套永遠不可能相同。但是存在四維空間,則左手手套在四維空間翻轉後放回三維空間,則左手手套即可變為右手手套。《三體》完成了空間封閉的幻想,期待能夠完成四維鏡像的幻想。

3,空間扭曲。

二維空間的小人兒是無法直接判斷自己生活的空間是否有扭曲的。扭曲對於二維空間是指所在平面在三維空間看來是不平整的,呈馬鞍形或山谷形或其它形狀。二維的小人兒是否可以發現他們的空間扭曲嗎?可以,方法就是通過測量一個三角形內角和是否是180度。

學過幾何的同學都知道,三角形內角和是180度,但這只是在理想情況,彎曲平面,三角形內角和必定大於或小於180度。這正是非歐氏幾何的基礎。

如果二維空間的小人兒測量到一個三角形的內角和不是180度,則二維空間的紙片人科學家即可判定自己生活的空間是扭曲的。

那麼我們生活的三維空間是否是扭曲的,如果我們發現一個三角形內角和不是180度,則我們可以判定我們三維空間是扭曲的。這一定要在非常大的尺度上才會得到這個結果。愛因斯坦說光線經過大質量物體的空間會發生扭曲,選擇兩個恆星和我們的地球即可構成一個三角形,引起光線扭曲的大質量物體是太陽。那個著名的驗證相對論的實驗證明了光線經過太陽附件會發生扭曲。

以上內容摘自《從一到無窮大》

4,最後一個問題,神仙生活在哪裡?

在探索宇宙的過程中,西方的神學家們一直在宇宙中尋找上帝生活的空間。中國人肯定也在想神仙是否生活在我們的天空之上。但是神仙或上帝完全不必離我們非常遠,必須要通過千里眼才能看到人家。三維空間的人即使離二維空間一個納米,二維空間的人也無法發現。同樣,如果存在四維空間,那麼四維空間的人即使貼著我們的鼻子,我們也無法發現他們。古人說,舉頭三尺有神明,也許神靈真的就在我們身邊。


克萊因瓶。無里外之分。又類似於無限嵌套結構。


四維可以用數學計算,但是我們人類無法感知。另,我們這個世界是三維的,宇宙大爆炸後就確定了。不要再意淫我們是四維的投影了,萬有引力和距離平方負相關就證明了。


我覺得,維度空間這個概念是人類定義出來的,點、線、面、立體,這就是所謂的0維到3維,然後科學家認為在三維以上應該還有更高的維度,但誰也無法證實是否存在一個這樣的空間,起碼現在來說無法證明,也就是是否存在四維也只是人類推測的。我們猜想四維就是三維+X的這樣的概念,有的人認為X是時間,有的人想像的是一個從平面看是一個能由立方體變成一個多邊立方體的不規則圖形,但這都不存在根據。那既然四維是三維+X,而X可以是任何只要人們認同的東西,那我們可以自由定義,這個X可能是大到宇宙全貌的宏觀視覺空間,也可以是我們眼球觀察不了的微觀視覺空間,我還可以這樣想像,點加點是線、線加線成面、面面成立體,那立體加立體是什麼呢?這個X有可能是另一個立體的疊加嗎?可能四維是像照相機一樣找出來與我們現實完全逆反的視覺感官世界;我還可以想像四維是一個絕對封閉的黑暗空間,什麼都不存在的黑暗空間,在那裡沒有一點色彩,沒有感覺,不會令你感到寂寞等等的情緒波動,也沒有界限,反正就是一無所有,就像死亡一樣。又或者四維空間與上面說的黑暗空間完全想法,是我們思維意識的空間,那裡存在所有物質的意識,可能看到或者感受到,無論是樹木、還是一面牆或者是一粒原子,可能在那裡都能不用語言的交流,就像你就是它它就是你一樣。說這麼多我想表達的是,在未能證實所謂四維空間具體是怎樣的時候,任何人的設想都不一定正確,哪怕是愛因斯坦哪怕是霍金口中所說的也可能是錯誤的,他們也只是人類,他們看到的東西感受到的東西和我們是一樣的,他們只是敢於未知的事物罷了,所以如果說四維空間是怎樣的,四維空間就是你想它怎樣就怎樣。不好意思,以上都只是個人看法,覺得我不切實際的人也請別噴我,謝謝。


一維只有長度,比作線吧,有無數條 一維線,他們是平行,如果他們不再平行,就產生了二維平面。 二維平面也有無數個,也保持平行,如果不再平行,然後相交,就形成了立體三維。三維立體有無數個,互不相交,然後加了個 第四維時間,就讓無數的 立體空間相交了。 以此類推:無數的四維時空相交 會發生什麼?答案就是,五維度---無數的宇宙相互重疊,無數的事件相互重疊出現。例如:你同時在 吃飯 走出房間 在紐約 在北京 在洗澡 ......無數種可能事件重疊在了一起,所有的平行宇宙 參雜在了一起。這種情況,對於生存在四維度的 生物來說,是無法理解的。。。打個大概的比方:就像 我們把一張紙穿了個洞,然後把一個物體 穿過這個洞,生活在 二維平面的 螞蟻會看到 一個物體憑空出現 又 憑空消失


有一系列數學科普片,叫《維度,數學漫步》裡面有詳細講到題主的問題,以二維平面上的螞蟻(沒記錯的話是螞蟻。)認識三維世界為例,推廣了一下如何從三維認識四維。

希望能對題主有所幫助。


可參考一下短篇科幻小說《你一生的故事》。

雖然它講的不是四維空間,但卻生動描繪了一個人如果能在每個瞬間同時知道過去未來是什麼感覺。


我認為就像二維在三維空間(你能看到紙面的全部)是完全可見的,那麼三維空間的一切事物在四維空間中也是完全可見的。你在四維空間的話,就能看到物體內的各種結構。以上是我的猜想,不認同請交流。


建議看三體,裡面有這樣一個描述,宇宙的產生和消失無時無刻不在產生,一個微觀層面的分子,其中可能就存在著一個宇宙,如果假設分子當中存在著一個宇宙,那麼,是否可以認為人類生活的地球是高一個維度的世界?那麼是否有存在著一個這樣的世界:把太陽系當做分子或者離子,以太陽為原子核,那麼無數的太陽系類似的恆星系是否又構成了更高一個維度的空間?


0維是個點,1維是個線,2維是個面,3維是個體。在1維世界的觀察東西都是點,在2維世界觀察東西都是線,在3維世界觀察東西都是面,觀察的東西都降了一個維度。在4維空間難道看到的東西都是3維的。在3維空間不同角度看到的相同東西都是不一樣的2維平面。在4維空間不同角度看到的東西都是不一樣的3維物體。假設2維世界不是連續的,那麼在2維世界觀察會有360種觀察結果,同一個東西會觀察到360種線條。假設3維世界不是連續的,那麼在3維世界觀察會有129600種(360×360)觀察結果,同一個東西會觀察到129600種平面。4維空間內呢,用目前世界的觀察到的東西去反推更高維度的世界是錯誤的。只有更高維度的世界才能看清低維度的世界,比如2維的世界看到的只是線,雖然可以看到360種狀態的線,但沒法看清自己的全部。3維世界的才會看清2維世界物體的全部,才知道它真正是個什麼。3維世界的我們也是如此,我們沒法像4維世界的觀察者看清我們到底是什麼,到底有多少種可能性。我又詳細分析了一下,已經認同用3維空間的世界觀反推4維空間的觀察結果是無法想像的,那麼用3維空間的世界觀去正推2維空間的觀察結果難道就正確了嗎?也是不對的。3維世界的觀察結果是有光子反饋,觸覺反饋,電子儀器反饋。而1維世界,2維世界,4維世界的反饋介質是什麼東西還不得而知。


剛剛看到一個講三維和二維世界的文,有些想法,胡謅一下,看個樂就好。

三維世界是長寬高,二維世界是長寬,一維世界是直線。

三維世界可以存在二維和一維,二維只能存在一維,

那麼假想四維世界裡存在三維二維和一維,可能四維世界就在我們身邊,或者說是我們本身就在四維世界裡面,而我們本身並不能感知到四維世界。

四維世界存在些什麼呢?長寬高,和時間?時間又是什麼呢。

做一些大膽的想法,我們大眾目前對時間的理解在於時鐘,在計量單位出現之前呢?參考值是什麼呢?太陽、月亮、和自然,那時候的我們通過感知到這些變化來計算。那麼,感知是第一要素。

好了,開始講四維世界,我們感知的一秒是一秒,四維世界的一秒可能是我們的一個小時?一天?一個月甚至一年???(突然感覺有點天上一天地上一年了的意思了。。。)所以他們感知到的要比我們感知到的多很多很多,比如我們的子彈射出在四維世界的感知下變得很慢很慢。

同樣,我們覺得螞蟻走路也很慢,我們走一步他們要走很久。假如我們是四維世界的螞蟻,那麼,四維世界的「人」就是我們的巨人,而且這個比例不一定正確。

再來個更勁爆的,我們這個「螞蟻」可以超過音速,那個巨人呢?會不會超過了光速呢?


五維世界就更難想像了


我們無法感知四維,所有的四維理論只是推測。


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