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如何理解高维和低维空间,与我们世界有何区别,它们到底存在吗?

简单地说,区别就是一个是虚构的,一个是实其实在存在的。

我们糊口在实其实在的三维空间,但很多人好高骛远,很想看看四维空间是什么样子,但那个处所只可领悟不成言传。很多人对四维空间有过描述,有的惟妙惟肖。如刘慈欣在本身的《三体》小说中,是这样描述四维空间的(引用):

有过切身履历的人都一致赞成,置身四维空间的感受是不成能用说话来描述的,他们甚至断言,四维感受是人类迄今为止所碰到的独一一种绝对不成能用说话描述的事物。人们老是喜好用这样一个类比:想象糊口在三维空间中的一张二维平面画中的扁片人,不管这幅画何等丰硕多彩,此中的二维人只能看到四周宿世界的侧面,在他们眼中,四周的人和事物都是一些犬牙交错的线段罢了。只有当一个二维扁片人从画中飘出来,进入三维空间,再回头看那幅画,才能看到画的全貌。

这个类比,其实也只是进一步描述了四维感受的不成描述。初次从四维空间看三维宿世界的人,首先贯通到一点:以前身处三维宿世界时,他其实底子没看见过本身的宿世界,若是把三维宿世界也比做一张画,他看到的只是那张画与他的脸平面垂直放置时的样子,看到的只是画的侧而一条线;只有从四维看,画才对他平放了。

他会这样描述:任何工具都不成能盖住它后面的工具,任何封锁体的内部也都是能看到的,这只是一个简单的法则,但若是宿世界真按这个法则呈现,在视觉上是极其震撼的。

当所有的遮挡和封锁都不存在,一切都表露在外时,目击者首先面临的是半斤八两于三维宿世界中亿万倍的信息量,对于涌进视觉的海量信息,大脑一时无法把握。他们看到的是并列出无限细节的人体,可以看到所有的骨骼和内脏,可以看到骨骼里的骨髓,可以看到血液在心脏心室间的流动和瓣膜的开闭,与对方对视时,也可以清楚地看到眼球晶状体的布局......但“并列”这个词同样可能引起曲解,人体各部门的物理位置并没有任何转变,皮肤仍然包裹着内脏和骨骼,每个人在三维宿世界中的熟悉形象还在,是细节的一部门,与其他无限的细节并列在一路。

“您们注重手不要乱动,不小心可能会触到别人的心脏或本身的内脏。”褚岩说,“不外只要不消力也问题不大,可能有点儿疼或恶心,有时还会造当作轻细的传染。也别乱动四周的工具,除非您确实知道那是什么。此刻飞船上的一切都是裸露的,您可能触到高压电缆或高温蒸汽什么的,还可能接触到集当作电路,造当作系统故障。总之,对于三维宿世界来说您们此刻有神一样的力量,但必需颠末一段时候对四维的顺应,才能利用这种力量。”

列位从中想象出这个四维空间,是一种什么样的空间呢?很神奇但很难理解吧?现实上,在我们宿世界,底子无法描述出四维空间真实的样子,因为这个“真实”存不存在并没有人知道。也就是说,分歧维度的空间,底子无法知晓另一个维度空间的样子。

  • 各类维度空间的理论描述

在数学模子中,有0维到若干维的描述。一般零维就是一个点,但这个点不是我们凡是用笔在纸上点一点的那个点,零维的点是一个无限小的点,这个小小到没有直径或长宽高,可以理解为一个无体积的点,就好比我们常说的引力质点或者奇点。而用笔点一点的那个点,无论是纸张仍是点的那个点,都是有面积和体积的,尽管这个别积很小,但仍是有体积。

而一维空间就是一根线,这根线却不是我们凡是理解的缝衣线或者用笔画的那根线,而是一个只有长度,没有粗细,也就是没有直径或者说宽和高的线,是以也是没有体积的;二维空间是一个面,就像一张纸,但却不是纸,也不是最薄最薄的膜,这个面有长和宽,却没有厚度,是以是有面积而没有体积。

零维、一维、二维对于我们保存的宿世界来说,属于低维空间。我们的宿世界属于三维空间,比二维多了一维,这一维很关头,让我们有了立体感,或者说我们看到的宿世界依然是平面的,但我们可以描述立体宿世界。

为什么这么说呢?因为我们看到的物体,依然只能看到其正面,而看不到厥后面,只是因为有了两只眼睛,可以看到更多分歧的侧面罢了;但我们有了凹凸概念,就可以描述出物体的立体形象。

  • 低维空间的生物如何存活?

数学中描述的零维和一二维空间的样子,若是有生命或文明存在,它们的保存状况怎么理解?在我们三维宿世界可以或许理解吗?有很多人设想过这种空间的生物是个什么样子,甚至一些科学家,如已逝的物理学家霍金,也做过设想。

此刻传播的大同小异的说法是,零维和一维底子无法想象。而在二维空间,生物的视角只有一个维度,它们看到的永远是一条前方的线段,相遇无法让道超越。因为它们都在一个没有厚度的平面上,所有碰到的“线段”都能盖住它;因而,那边的生物无法具备消化器官,因为若是有一根从嘴巴到肛门的消化器官,就会将身体分为两半。

那么它们如何进食保存呢?即便不需要进食只需要接收能量,若是有能量从某一边辐射过来,又如何进入这种生物身体呢?因为这种生物没有厚度,一个电子的厚度也没有,能量如何进入呢?

所以,若是真的有低维空间和低维文明,在我们三维宿世界,是无法想象其状况的。但刘慈欣有法子,在他的《三体》小说中,描述了二维宿世界的样子:高条理文明标的目的太阳系丢过来一个二标的目的箔,这是一种降维兵器,在二标的目的箔的降维冲击下,太阳系被降为二维宿世界,每一个星球甚至每一个原子都压扁铺开,就像梵高在精力病院所画出的代表作《星月夜》的样子。

小说还在别的的章节描述了高级文明为了应对更高级文明的冲击,将本身降维到二维生物,苟延残喘。

这些描述布满了矛盾。因为即便一个原子被压当作了二维,也就是没有了厚度,其面积也是不成想象的。一个原子直径约10^-10m(米),也就是厚度为10^-10m;普朗克标准约为1.6*10^-35m,比原子小了25个数目级。也就是说1个原子被压扁当作一个1.6万亿千米直径的大圆圈时,也仍是有普朗克厚度的。

几个原子被压扁到普朗克标准,就当作了光年级的圆饼了,而一个尘埃就由亿亿个原子构成,整个太阳系被压当作二维,那将是一个什么场景,其实无法描述。

现实上,若是真有二维宿世界,连根基粒子和光子也被压当作了无厚度,也就是不存在了,又是什么构成了所谓的生命和文明呢?而一个原子甚至一个电子,睁开当作无厚度的平面后,城市当作为无限大,会包裹整个宇宙,怎么可能再看到太阳系像梵高的《星月夜》样子呢?

是以我们就不要自作伶俐地瞎猜了,低维宿世界或者说空间底子就是我们无法理解的,什么消化道之类的完全就是扯淡。

  • 是以,人类只能理解三维宿世界。

因为我们就处于三维宿世界,我们看到的物体都是实其实在的三维物体,包罗一只蚂蚁或一个病毒,都是三维存在。三维宿世界的数学诠释就是有长宽高三个维度,就撑起了我们凡是说的“空间”,在这个立体空间里,宇宙万物生生灭灭的动态存在着,而标示这种存在的过程就是时候。

由此,时候是三维空间的一维轴,贯串在由x、y、z三个维度撑起的空间中一路标的目的前,有去无回。这就是闵可夫斯基描述的四维时空。

爱因斯坦的狭义相对论附和闵可夫斯基四维时空的说法,但把时候、空间、物质、活动有机的柔和在一路,认为我们的宿世界四位一体不成朋分的,是彼此依存而且具有相对性道理的存在。而在广义相对论中,爱因斯坦又把质量导致的时空弯曲,表述为我们宇宙活动转变的底子。

这就是三维空间的素质。闵可夫斯基的四维时空素质上就是动态的三维空间,与所谓四维空间是性质完全纷歧样两个概念。

  • 分歧维度空间的理解和区别

四维空间在数学和物理学里面又叫“欧几里得四维空间”,也就是在三维空间的x、y、z维度上,增添一维统一性质的维度,没有人可以或许对这个多出的维度怎么安放得出令人对劲的谜底,也没有人可以或许给四维空间一个足够精确星系的认知,有人认为,或许人们可以或许看到四维空间现象,却无法想到这就是四维空间。

有人用莫比乌斯环和莱茵瓶诡计打开人类想象,一只蚂蚁的视界可能是平面的,我们可以把它理解为二维生物的视野,它们只有前后摆布的概念,没有上下的概念,是以,蚂蚁在纸张平面上爬行,若是不爬出鸿沟,是无法达到另一面的。

但若是弄当作一个莫比乌斯环,它就能一向爬行无须越过鸿沟,也可以达到平面的另一面,并且会回到原点;而克莱因瓶只是一种思惟尝试,在这个莱茵瓶里,无须打破概况,里面的物质可以达到表里概况的任何处所,则象征着一个四维空间。但事实上,在我们三维宿世界,永远也无法做出真正的莱茵瓶。

但这种想象依然只是三维空间的思维:人们认为三维空间看二维空间一目了然,可以看到一只在二维概况生物的前后摆布和上下,而且只要轻轻提起这只二维生物,就可以让其越过任何障碍达到别的的空间;四维空间的物体就像三维空间的人类看待二维生物一样,可以看到我们的曩昔将来,随意改变我们所处的时空位置。

我们用更通俗的比方可以描述二维和三维空间生物的存在体例:

在二维宿世界,因为不知道高度的存在(现实上也没有),三维生物要困住它们只要在它们四周画一个圈,它们就无法逃走,但三维宿世界的人随便一抓就可以等闲把它们从圈中提出来,而它的火伴会发现这根线条俄然就不见了;而在三维宿世界,要困住一只山君或者犀牛,则除了在它们四周画一个圈,这个圈还需要超出跨越平面,甚至做当作有顶的栅栏,从地面和高度都把它们围起来。

理论上,四维空间的生物或者说存在“看到”三维生物,哪怕是被封锁起来的山君或犀牛,也是开放的,随意可以掏出的,并且一旦被四维生物“救走”,我们会发现这些动物就是俄然不见了,很是诡异。但这种掏出如何进行呢?四维存在的物体又是如何可以或许封锁住的呢?事实果真会如斯吗?谁也不知道。

  • 奇奥的11维宇宙是真的吗?

此刻有一种理论,叫M理论,是宇宙超弦理论的一种。这种理论认为,我们宇宙是11维的,由振动的平面构成。我们此刻可以或许感知的只有4个维度(包罗时候维),这是因为其余的7个维度都已经卷曲了,被压缩的极小,这些被卷曲压缩得极小物质就是“弦”,这些弦的标准远远小于我们认知的最小粒子。

这些理论听起来真的很玄,但有很多科学家认同,并且认为是将来解开大同一理论钥匙。这些理论必定不是通俗老苍生认为的凭梦想象,而是有很多复杂公认理论支撑的理论,这些理论很死板很难通俗,这里就不睁开了说了。

有人认为,弦理论最终可以解开很多当前的未解之谜,如引力、黑洞、超天然力、时空通道等等,这些在我们三维宿世界看起来很烧脑的工具,在更高的时空中,就是一些最简单的工作;还有人认为,所有根基粒子,包罗费米子、轻子、玻色子、希格斯粒子等等,都是弦构成,我们宿世界就是由这些弦构成,这些弦分歧的振动形式,表示为响应分歧的粒子,这些弦有开弦有闭弦,引力子就是闭弦。

还有人认为,在三维空间,光速就是一个天花板,只有冲破这个天花板,才可以或许达到更高的时空。而在高维时空,光速则是最低速度。

这个理论和量子力学的一些理论也被一些神鬼玄说者们所操纵,他们认为这些理论有可能解开宿世界各类奇奇异怪的未解之谜,如特异功能、穿越、鬼神等等。但我认为,我们都在三维宿世界,就必需从命三维宿世界的法则,高维宿世界的工具到底存不存在,只能在数学和物理理论中去切磋,永远都无法证实。

是以,让我们回归本身的宿世界,老诚恳实吃喝拉撒,才是正理。您说呢?接待会商拍砖。

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