第四維度真的是時間嗎？

01-05

先說說我的見解。所謂「點動成線，線動成面，面動成體」，那麼體動成什麼呢？以我們三維人看來，顯然體動成體。可是現在想像問一個一維智能生物「線動成什麼？」顯然他會回答「線動成線」，因為他只能感知到長度這一個維度；同理，二維智能生物很可能認為面動只能成面，而第三維度就是時間了(如果他知道時間這個概念)。而對於我們來說，體動只能是體，因為我們無法感知也無法想像空間除了長度，寬度和高度還有什麼維度。因此我們會認為第四維度是時間。
另外，什麼是空間？什麼是時間？為什麼會有空間，時間？我的想法是，之所以人認為有空間這一概念，是因為人可以運動，可以出現在不同地方；而之所以人認為有時間這一概念，是因為人有記憶，在知道此刻的事的同時也知道上一刻的事情。
以上是我個人對這個問題的理解，我相關知識了解的不是很多，難免有說得不嚴密或者是錯誤的地方，也歡迎大家指出！

首先你要確定你討論的是什麼的維數，如果是純粹的線性代數，那10000維都有，隨便搞個矩陣乘吧乘吧就上萬維了，維數在這裡只是一個數字

如果你討論的是物理學裡描述時空的東西，那這理論就多了，各種弦理論十幾維的空間都有

牛頓力學體系下描述時空就四個參數xyzt，在這種情況下第四維就是時間

不過因果關係要搞清楚，是因為在這個理論體系下，我們需要四個參數來描述時空，而第四個參數恰好是時間，所以第四維是時間。而不是第四維是時間是宇宙真理

你要是開心，以自己的名字自創一個變換，照抄伽利略變換，只不過把第四個參數t放第一個，那在你這個理論體系下，第四維就是長度了

2017.8.25

一句「思而不學則殆」送給題主和幾乎所有答主。

占坑。

2017.8.26

今天考慮了下發現「維度」這個題目太大，從很多角度都可以寫。數學上線性空間的維度定義比較簡單（基的勢），但把彎曲空間（比如球面）的維度說清楚絕非易事（涉及到流形的基本概念）。如果扯上分形就更複雜了（無理數的維度能忍？）……

物理上，首先要解釋清楚測量--起碼是經典測量到底在幹什麼，順便還可以聊聊量綱分析之類的。然後要從頭捋一遍古今中外的時空觀，講一講經典力學和狹義相對論的時空幾何（廣相我暫時無力涉及），這就涉及到某些對稱群……然後還得講講狹相時空的後果，最明顯的電磁場的協變性之類的。如此這般云爾……

容本渣九月份回學校有資料了再填坑吧……

2017.9.29

感受到了各位看官的熱情，惶恐之至……

雖然有資料，但也迎來很多ddl，填坑什麼的自然不常想起……

唯一可以說的是從九月初起已經斷續寫著了，至於什麼時候能交個起碼的毛坯來，唉……實在慚愧……

畢竟第一次有在知乎上乾貨的打算，還是想弄得巴適些……

非常贊同@楊柳的回答，

思而不學則殆，話直了些，但對於這個問題現有的大部分回答來說的確非常合適。

「本人感覺」，「我認為」，「我是這樣想的」，「我只是喜歡物理」，「我不是專業的」。

不知道這樣的言語讓人感覺如何？

我們都做過科學家的夢。初中時，覺得二次方程求根公式就是世界上最複雜的公式，高中時，覺得明白了勒夏特列原理，楞次定律就參透了世界本質，能算幾個複合場就自我感覺是未來的物理學家了。

而事實上，大部分人曾經對「科學家」抱有或多或少幻想的人，最後都會屈服於收入，就業，甚至是家長的意見，選擇了其它專業。一般來說，「參透世界本質」這種任務自此從你的人生中消失。

然而很多人沒有意識到這一點。在他們眼中，B站上「高中生XX分鐘推出質能方程」是真正的物理大神，量子物理就是那隻可憐的貓，相對論就是抱著妹子比抱著火爐時間過得快，至於楊振寧最大的成就？不就是娶了個年輕老婆嘛。而什麼是搞物理？就是比誰拍大腿拍的快唄！

一旦有人指出了他們的不對，「我不是學這個的，我不懂」就是他們最好的擋箭牌。

不知題主有沒有想過，世界這麼精彩，您並不需要執著于思考這些東西，既然您不是相關專業的，您大可以把有限的頭腦放在您自己熟悉的領域，或者乾脆把握好時間好好享受生活，豈不美哉？而如果真的感興趣，優秀的科普視頻也不少，比如《Dimensions》數學短片，就能對題主的疑惑給出一個簡單的解答。

利益相關：某工科學生，只上過閹割版的四大力學，有考研偏物理方向的意向，物理專業課自學過程十分不易，也走了不少彎路，

時刻告誡自己，慎言慎行，對自己不懂的東西，或坦然放棄，或刨根問底，忌眼高手低，忌葉公好龍。

與君共勉。

先說結論：用三維空間和一維時間組成的四維時空（X、Y、Z、T）只能近似的描述我們這個世界，並不是完備的。

道理和牛頓力學對這個世界的描述是一種近似是一樣的。

原因是：我們這個宇宙是不能通過一組坐標系（X1、X2、X3……Xn）這種形式去完全描述的。

首先說說我們使用四維時空（X、Y、Z、T）的原因。

先不考慮時間，在實踐過程中，我們發現為了確定一個物體處於什麼位置我們至少需要用三個數字去描述。

比如我們用gps定位，需要經度、緯度、和海拔這三個數字來定位我們所處位置。

所以，你可以以你自己為原點，選擇三個互相垂直的方向為坐標軸，建立一個三維的坐標系（X、Y、Z），這樣相當於你就有了一張世界地圖，可以描述這個世界上任何物體所在的位置了。

但是，另一個人小紅，她也可以以他自己為原點，建立一個坐標系（X1、Y1、Z1），她那張地圖他也可以用來描述這個世界。相當於這個世界有了兩張不一樣的地圖了。

同一個物體A，他就可以有兩個不同的坐標去被描述了。

但是沒關係，我們是可以用自己的地圖去讀懂小紅地圖上的坐標的。

比如，當小紅在我們地圖上的位置是（a、b、c），而小明和我們選擇的坐標軸方向是一樣的話。

一個物體小紅說是位於（X1、Y1、Z1）的時候，那麼我們立刻就可以知道，這個物體在我們的地圖上位於是位於（X、Y、Z）其中X=X1+a，Y=Y1+b，Z=Z1+c。

我們可以把：X=X1+a，Y=Y1+b，Z=Z1+c，稱作從小明的地圖到我們的地圖的轉換T

這樣，就算這個世界有了小綠的地圖，小藍的地圖，等等，我們都可以通過互相轉換去讀懂了。

比如，我們打電話約小紅出去玩，說：我們到（X、Y、Z）碰面吧！小紅立刻通過地圖間坐標的轉換，知道我們說的地點在她的地圖上的位置是（X1、Y1、Z1）。這樣她就不會迷路了。

好了，現在進入麻煩的事情了。

我們前面這麼建立三維坐標的前提是我們這個世界的空間是平整的。對於坐標繫上的任意點（X、Y、Z），它到原點的距離L有如圖公式。（表達數字元號真TM麻煩）

但問題是，我們這個宇宙並不是完全平整的，而是有形狀的。

假如你和小紅生活在的是生活在二維球面上的二維生物。

你還是可以以自己為原點建立一個二維（X、Y）的坐標系去表述這個世界上的所有點。小紅也可以建立一個自己的坐標系（X1、Y1）。

但問題出現了，在這個世界，你再也找不到一個轉換T讓你可以讀懂小紅的坐標了，這樣，就算小紅告訴你去哪個坐標見面，你也不知道她說的是哪裡，你們兩個沒辦法互相理解了，你就再也不能找到和小紅的約會地點了。

好在有一個解決辦法，就是你不是建立一個二維的，而是三維的坐標系（X、Y、Z），而小紅也建立一個三維坐標系（X1、Y1、Z1）。這樣你和小紅又可以重新互相理解對方的語言了。

而我們的這個宇宙，（雖然還沒有證據，但大多數的物理學家相信）也是有一個形狀的，而不是完全的平直的。這就意味著，為了精確的描述它，我們至少要建立一個四維的空間坐標系（X、Y、Z、W）。（如果宇宙有更奇怪的形狀，就需要用更多的維度描述了）

我們感受不到這個額外的維度，是因為宇宙實在太大，就像在地球表面，我們會覺得地球是平的一樣。

但還有更麻煩的東西，那就是我們這個宇宙裡面那些有質量的東西。根據廣義相對論，有質量的物體對周圍的時空有一個扭曲。

而最關鍵的是這個扭曲是非線性的。

非線性的！

非線性的，這就意味著，這種扭曲，我們是不可能用坐標系（X、Y、Z）去描述的了的。

故事結束，完結撒花。

這就意味著，我們用坐標系這種東西去描述這個宇宙，天然就是不完備的。無論你用了多少組數字（X1、X2、X3……Xn），都不能完全描述出宇宙里的一個點。

所以，我們用空間（X、Y、Z）去描述空間，只是一種方便計算的近似。

現在我們來討論時間。

你約了小紅在電影院門口見面。可等了3三個小時她都沒出現，原來你忘了說見面的時間了，這時候她還在家裡化妝呢。

因為我們這個宇宙里的物體是存在運動的，所以為了更清楚的描述一個物體，還在空間坐標的基礎上加上時間。組成一個四維的時空坐標系（X、Y、Z、T）。

小紅從別的城市坐火車過來，你知道，她一點鐘大概到了哪個城市，兩點鐘大概到了哪個城市，三點鐘就到了你所在的城市了。時間T的不同，小紅空間坐標（X、Y、Z）也就不同了。

而坐在火車上有速度V的小紅，她也有一張自己的時空坐標圖（X1、Y1、Z1、T1）。

當然，你也是可以通過轉換T去讀懂她所說的。

只是這個轉換顯得就有些複雜了，這個叫做洛倫茲變換，屬於狹義相對論的內容了。

為什麼加入了時間T之後，不同坐標系之間的轉換就變得這麼複雜了呢？

這是因為時間T，和空間的三個坐標（X、Y、Z）有些不一樣。

在前面有說，一個點A（X、Y、Z）它到原點的距離為

而對於位於四維時空坐標（X、Y、Z、T）上的點呢？

根據狹義相對論，它到原點的「距離」可以認為是如下關係

沒錯，是一個這麼奇怪的公式。

四維時空坐標（X、Y、Z、T）之間的轉換是如此複雜，這是因為四維時空是一種特殊的形狀，一種屬於非歐幾里得幾何的形狀。

當把三維的空間（X、Y、Z）和一維的時間T放到一個坐標系裡，就進入了非歐幾里得幾何的範疇了。

我們高中所學的幾何都屬於歐幾里得幾何，在歐幾里得幾何裡面，直角三角形的三邊有如下關係

可是如果是非歐幾里得幾何裡面，兩條平行線是可以相交的，三角形內角和是可以大於180度的，圓周率π可以等於任意數字。

而直角三角形三邊也可以有如下關係。

這也是為什麼狹義相對論如此難以理解，因為它描述的時空形狀本身就不是我們現實可以看到，大腦可以想像的出來的。

綜上所述，我們可以得出結論：用四維時空坐標（X、Y、Z、T）可以近似的去描述我們的這個世界，並不是完全精確的。

但如同我們不能說牛頓力學是錯的，而只能說它是不完備的，

相對論對四維時空（X、Y、Z、T）的描述要更加精確，

可相對論也不是完備的，

現在還並沒有一套真正完備的理論可以真正去描述這個世界。

第四維是為了方便理解問題引入的數學概念。這樣用pseudo Riemanian manifold 能方便的描述一些問題如引力波。當然你也可以找到一個等價的理論不引入第四維。

但何為存在第四維？

那麼我問存在第三維么？怎麼回答？能找到長寬高就有第三維了？我也可以說那是你的幻覺。只不過用三維的空間觀可以容易描述一些現象。但實際上我們生活在只有0，1的matrix里。所以這個問題很難回答吧。

題主描述的是四維空間，和四維時空有本質區別，之所以在天體物理領域把時間也當做額外的一根坐標軸歸併於空間坐標系中，純粹是因為狹義相對論發現了時間與空間之間的聯繫。其實時間與空間並不相互獨立這件事情還是很有道理的，既然宇宙有一個統一的起源，那麼由它所帶來的現象之間也應該是有所關聯的。

這就是一個取名字的問題，你怎麼說都行，因為科學研究的重點不是給物理現象取名，而是總結現有的規律，推斷其他的現象。

題主，你這麼愛思考，又不喜歡翻物理書，不如去研究哲學吧。

想知道是不是，為什麼不去看書?反正這兒大部分正經回答的答案你又看不懂，為何不多看兩本教材，知道為什麼這麼說後，你再思考自己的想法，或許就有新的收穫。

第四維可以是時間。

物理學方法並不是推測宇宙的真理，況且宇宙的真理是未必存在的。物理學的方法是「製造模型」。使用模型來預言現象。你可以認為一切的物理理論都是模型。

如果明白了這一點，我再解釋第一句話。

在很多模型裡面，用4個參量來描述一個對象（事件），這時候時間就是第四個維度。如果你需要描述一個熱力學裡面的系統，比如你的系統有兩個參量壓強和體積，你完全可以說第一維度是壓強，第二個維度是體積。

說白了，維度就是描述對象所涉及的參量。你使用了不同的模型，就可以是不同的參量，比如你描述一個二維的運動，那麼前兩個維度是空間，第三個維度是時間。

如果你脫離了模型，而空談維度，就沒有任何意義。打個比方，我問你「書的第四頁是什麼內容？」，答案是「可以是目錄」，因為我沒有指出是哪一本書，大多數書確實是目錄。

最後簡單說一下數學上同構的概念，數學說兩個對象是同構的（在給定的範疇中），如果他們具有相同的結構，對於給定的運算無法區分彼此。所以時間維度在同構的意義下完全可以看做幾何維度。比如說研究二維運動，給出兩個空間坐標一個時間坐標就一共是三個維度叫做A模型。你也許認為時間軸和空間軸是不同的東西，但是在同構的意義下他們都等同於實數軸。所以A這個物理模型就可以等同於三維歐式空間這個幾何模型。所以你可以認為時間是一種幾何維度。

綜上，討論「第四維度本質是什麼」沒有意義，因為你沒有給定模型。

本人感覺大家始終是把「空間」和「時間」放在同一類（或者同一組）概念體系中去探討「時間」是不是「空間」的第四維度。本人認為：這樣的探討從一開始就誤入了歧途！「空間」與「時間」是兩個物理意義物理定義物理表現完全不同的物理概念，它們兩個物理概念之間相互獨立自成體系完全不可能說誰是誰的一部分！從這個意義上講討論「「時間」是不是「空間」的第四維度」完全不可能得出任何能夠被大家統一認可的結論的！其實這許多衍生自愛因斯坦相對論奇奇怪怪的「佯謬」「悖論」「疑惑」什麼的實在是太多了，這個「「時間」是不是「空間」的第四維度」的「疑惑」就是其中新的一個，真的是「見怪不怪」了！靜下心來仔細推敲你就會得出與本人相同的看法。真心希望不要在這方面再浪費時間和精力了！

二維生物：第三維度是時間！

時間不是第四維。時空是一體的，時間只是刻畫空間的運動。

我們生活在三維空間，而在我們三維空間之上還有一個四維空間，四維空間在數學上只是一個概念，經常看到有人在平面上模擬四維物體的樣子，然而真正的四維空間里的「物體」，你是永遠沒辦法在三維空間里模擬出的，我們可以想像一下，如果你生活在二維世界，你將看不到二維「物體」的全貌，因為二維世界只有兩個軸，你只能看到是一條條長短不一的一維的線。而我們在三維世界，同樣看到的也不是三維物體的全貌，看到的其實是二維平面。你可以在一維的線上用長短不一的線，來模擬「二維人」在二維世界裡看到的面，也可以在二維平面上模擬我們在三維世界看到的體，可你如何在一條一維的線上模擬三維世界的體？我們在三維世界看到的二維平面對於四維世界來說就是一條線一樣的存在，所以你可能永遠無法知道真正的四維空間會以一種什麼樣的形式存在。我們沒法知道四維空間的真實樣子，但是物理上對於第四維度卻早有定義，沒錯第四維就是時間。

第四維等於時間似乎是一個很容易想到的結論，你想嘛，無數個一維構成了二維，無數個二維構成三維，無數個三維組在一起不就是時間么？那麼問題來了，如果說第四維是時間，那前三維都是可逆的啊，時間不可逆這怎麼解釋?。如果第四維是時間，那二維的時間又是什麼？第三維么，如果二維的時間是第三維，那我們的時間又是什麼，咋又多出來了一個時間？其實很早就有人回答過了，時間和空間其實就是同一回事！需要明白所謂二維空間的時間那就必須是這個二維空間里的時間，而不能是三維空間里的二維平面的時間。即使是在我們生活的三維空間內，時間在不同的速度引力之下，也是相對的，更何況對於二維空間呢？那什麼是二維空間上的時間？現在你可以想像一下，一個無限大的三維空間穿過一個奇特的二維平面的樣子。現在二維平面上還沒有空間，最先是一個點，然後繼續穿過會在二維的平面上形成一個切面，假設這個切面就是二維空間，那它的時間不就是它穿過我們三維空間的那個方向么？那條在二維世界裡不存在的軸。三維空間穿過二維平面形成了面的空間，那四維穿過三維會是什麼呢？明白了吧，四維空間也正以光速穿過這我們的宇宙，於是我們的三維空間產生了，時間也產生了。大爆炸初期宇宙膨脹的速度超過了光速，而後逐漸變緩，繼而坍縮。最終我們的宇宙也會回歸到一個點。

二維世界的時間是第三維，三維世界的時間是第四維，如果以上帝視角來看，時間和空間就是同一回事，他們的區別就好比三維空間里長寬和高之間的區別。那麼時間不可逆的問題還需要解釋嗎？因為空間本身就不可逆。現在假設你真的能進入四維空間在四維空間到達四維空間所對應的三維空間的某一個時間點，再回到三維空間，你所回到的那個時間點真的還是原來哪個的時間點么？你在四維空間中同時經歷了四維空間的時間。嗯，你可能到了別的宇宙。同理你從a點到達b點再從b點回到a點，即使你速度再快，也不可能達到光速，中間肯定會經歷三維空間的時間，時間這條軸發生了變化，你回到的a真的還是原來的a點么。與其說時間在推進不如說空間在推進。

三維空間里的每一個時間點對應四維空間第四條軸的每一個坐標點，三維空間里的所有時空加起來等於四維空間的最小時間單位，而四維空間的一瞬間的完整信息對於三維空間來說是永恆。如果你質量無限大，那麼你將變成一個黑洞，你的時間也會和四維空間的時間同步，但你沒法穿越到四維空間，你會在三維空間永遠的停在黑洞邊上。

如何證明時間不是第四個緯度？

答：

假設存在一個只有長度和寬度的二維空間α2。在其中生活著兩個二維生物x和y。由於生物能接收來自二維空間的信息，故而x能感知y的存在，但他們不知道第三維的存在。現在，引入高度軸作為第三個緯度，複製創建另一個平行於α2的二維空間β，改變y的第三緯度，因為x與y是沒有厚度的，無法獲取第三維度的其他信息，故而對於x和y來說，彼此突然從世界上消失了。

引申至某一三維空間α3，同樣存在兩個三維生物：u與i。由於他們能夠獲取三維空間的信息，故而能互相感知對方存在。現在，假設引入時間軸作為第四維，u靜止不動，i改變其在三維空間α3的速度。根據相對論，速度的改變導致時間軸流逝速度的變化。以u作為參照物，經過一段時間t，u在時間軸上前進了t距離；對於i來說，在同樣的時間內，只經歷了t』（ t』&

而實際情況卻與此相悖，無論i以何速度運動，只要回到u附近，u總能觀測到i。

故，時間不是第四維度。

自己寫的，感覺很有道理的樣子，哈哈哈。

一般不把時間看成與三維空間並列的第四維度。

因為三維時空和一維空間構成的代數空間的度規是偽黎曼的（度規矩陣非正定，也就是說在四維時空中取兩點，其距離不一定是正數，違背一般空間中的距離定義），不構成一般空間的度量，所以一般把一維時間與空間的維度區別開。

題主可能僅僅是看了一些科普書，就憑空想像地認為「四維空間」不過是在長、寬、高三個空間維度（分別對應三維直角坐標系中的 x 軸、y 軸、z 軸）的基礎上再添加一個獨立的空間維。題主可能並不知道四維歐式空間與四維平直時空（閔式空間）的區別。

狹義相對論討論的是四維平直時空中物質的運動。之所以說是「四維時空」，主要是指三維空間與一維時間是一個有機的整體，二者不可分割，如同三維空間中的長、寬、高不可分割――否則就無法描述物體的準確位置。

而經典力學討論的則是隨著時間的變化，三維空間中的物體的運動。這種三維空間與時間相互獨立的時空模型被稱為「伽利略時空」，該時空模型下相對運動的規則被稱為「伽利略變換」。

http://m.weibo.cn/2243807243/4029369283854665?uicode=10000002moduleID=feedmid=4029369283854665luicode=10000198_status_id=4029369283854665rid=2_0_0_2633238298844655672lfid=2302832243807243lcardid=2302832243807243_4029369283854665微博上一個小帥哥的解釋

維度是我用來描述的坐標量

就像 0維一個點沒有任何數據，無法描述，沒有參量，就像逝去的青春中的某一刻，並不是這個點沒有質量，沒有體積，沒有其他什麼含義，只是我們不去管，就把他當作一個什麼都沒有的點。

1維一條線，只有長度的線，不管他怎樣彎曲，不管他粗細，不管他的溫度，也不管他是什麼線，我們只記他的長度。

2維一個平面，有面積，不管他的扭曲，不管他的厚度，只是用長寬去描述他。

3維一個立體封閉，有體積，不管他多麼奇形怪狀，不管他是否運動，溫度啥的。

所以維度只是我們研究某一件事物的時候用幾個量去描述就是幾維。但是有一點，緯度是不能相互重合的。

比方說，長度裡面不能含有溫度，溫度裡面不能含有數量，如此而已。

時間是不是能作為單獨的一維出來，要看他是否是個獨立的量，這就要從他的定義說起了。時間有長短。。。時間可以計數。。。這樣的話，他是沒法單獨出來的，時間的存在依託了很多的量，他沒法單獨出來。

4個維度，大致的意思就是用4種變數描述一個系統。一個數學上的概念而已，不用驚訝，5個維度6個維度7個維度都行，能建立數學模型進行計算就行了。

不過不能像民科一樣，瞎jb創造維度。

你得建立數學模型，用這個數學模型推導物理公式。

而且只推導出一個不行，你得把物理書上所有的公式，全都用你這數學模型推導出來。

如果能，那恭喜你，你的理論模型成立了。

到這還不夠，你得用你這理論，把人類已知的所有物理現象解釋通。

用你的理論解釋萬物！還是不夠的，還要預言一些人類尚未發現的物理現象，讓其他人幫你實驗驗證。

驗證了還不夠，你這理論得在今後的使用中，屢試不爽，比其他理論計算結果都准。

然後你就是妥妥的諾獎得主了。

目前，所有物理公式，確實都是以4個維度為基礎的。

普遍認知三維: 長，寬，高（其實都是長度）

第四維就是時間（伽利略變換，洛倫茲變換）

物質時空三維: 長度，時間，質量。

所以，，，四維不曉得是什麼→_→

如果是線代的話，，，4維也就4個方程。無數維也就是，emmmm無數個方程。

得看你的是「四維時空」還是「四維空間」了。四維時空是三維空間加一維時間，然而四維空間就不一樣了。我們知道，三維空間有三條相互垂直的軸，xyz。三維空間中的任意一個點都可以用這三條軸構成的坐標系表示出來。而四維空間么，簡單地講，如果你能找到一條同時和x，y，z三軸垂直的第四條軸，那麼這個軸延伸的方向就是第四維空間咯。當然，在我們的三維宇宙中顯然是不可能畫出這第四條軸的。以此類推，五維空間就是再給這個坐標系加上一條同時和四條軸垂直的軸。有幾維空間就有幾條和所有其他軸相互垂直的軸。