Re: [问卦] 第四度空间的第四个维度是什么?

楼主: jfsu (水精灵)   2023-01-11 23:55:30
※ 引述《xyz4594 (享受被嘘的快感)》之铭言:
: 你各位啊
: 我们目前都是活在第三度空间
: 万物皆可用XYZ轴显示出来
: 也就是长宽高
: 那第四度空间的第四个轴
: 要怎么呈现出来?
: 这个维度代表的是什么意思?
: 你各位有谁知道
咳~关于原po问题的说明,可以参考一位英国中学校长亚柏(Edwin Abbot)在1884年
出版的一本讽刺小说《平面国》 (Flatland: A Romance of A Many Dimensions by
a Square)。虽然这是一本批判当时英国社会阶层制度的小说,但是完整地描述了
次元空间的一些特性。
小说中,生活在二次元空间的Square先生在有一天突然遇到球体大神正穿越平面世界。
一开始是一个点碰到这个平面,接着越往上升先是越来越大(到达圆周的时候是最大),
然后又越变越小。 Square先生认为自己看到一个可大可小的圆形怪物,但这位大神
竟然说话了,“他是来自另一个世界,名字叫做‘球’。”
这位被Square先生视为怪物的球体大神,试着努力解释什么叫做三次元空间,什么
叫做立体,但Square先生完全听不懂。不是因为他装睡叫不醒,而是由于平面的人
无法看到三次元的事物,只能看到或是了解这些事物的切面型态。
其实,别说square先生无法理解,换做是我生活在这个三次元空间任何人也是无法理解
更高次元以上的空间。在此,先说明一下为何我们看不到高等次元。基本上,这不是
眼睛有问题,所以不用去找眼科。
你之所以能感受到三维空间(或是称作三次元)这样一个概念,其实是出于人类的本能。
举例来说,当你扮成抢匪走进银行内,就可以马上辨识出柜台、汇率板、摄影机等
摆设,甚至是正妹行员这种可爱又迷人的角色。简单来说,我们光靠本能就可以将
这些物体的长、宽、高描绘出来。(这类的计算,只是在潜意识内进行,我们当然
不会意识到运算过程,这是长久以来为了求生存而演化的结果。要是你能意识到
大脑正在处理种种“运算”,身体早就瘫痪得无法行动。)
三次元的本能观念,打从出自娘胎就已经根深柢固在我们脑海之中。爱因斯坦加入了
时间次元,将它扩充成第四次元。(物理学家称超越长、宽、高的空间次元与时间次元
为第五次元或是高等次元。)
回到最开始的问题,别说是理解了,高等次元的空间我们根本看不到它,如同怠惰的
司教培堤尔其乌斯的权能“不可视之手”。高等次元的各个维度空间是不可视的,
无论你怎样尝试都做不到,更别说是去想像它的存在。虽然如此,我们仍可以用
数学公式来描述,电脑也可以解出多次元空间公式。
之所以看不到高等次元的原因是来自于演化的意外发展。刚才提过,关于三次元的
概念是一项本能,大脑也就是为了应付这样的状况才演化成目前的结果。
人类祖先在N万年前过著狩猎或是被狩猎的生活,本能会驱使你在遇到猎物时作出反应,
看是拔腿狂奔或是作出反击;而到了现代,远方一辆失控的车子朝你冲来,本能仍是告
诉你,看是要选择躲避还是直播、打卡或留(遗)言。
拥有这些保命的技能,就代表你能在世上多活上一阵子。只不过,人类并没有拥有
应付在四次元以上遇到威胁时的能力,因为车子并不会从第四次元冲出来。
再者,之所以物理学家主张高等次元的理由是,三次元太小了,无法描述宇宙所有
的自然定律;多增加一个次元可以简化、统合这些定律。想像你是某游戏新手玩家,
当你取得“开图”技能之后,处在“上帝的视角”来看整张地图,从一个二次元的
战场,跳换成三次元的视野,仿佛有一种天大地大我最大的感觉。
爱因斯坦就是利用这个化繁为简的原则,发现时间是第四次元,并证明了空间与时间
可以统整为一,之后更是发展出将以这两个为测量基础的物理量整合在一起,如:
质量与能量。(E=MC^2就是因此得来。)
高等次元的第一个理论是克鲁查-克莱因理论(Kaluza-Klein Theoy)。这两位科学家
发展出重力新理论,认为光其实是第五次元的振动。注*
光可以穿越真空是因为真空是存在于四次元空间与时间里。只要我们再多增加一个次元
(即第五次元),重力与光将统合在一起。
注:
想像鱼缸内的鱼儿紧贴著水面下游动的情景,把这只小生物的生活空间想像成只有
两个次元。由于我们人类所在的三次元空间已经超出它的体验,那要如何让它察觉到
第三个次元的存在呢?
举个例,如果下雨了,它可以轻易看到水波形成的影子沿着水面蔓延开去。由此推论,
虽然我们看不见第五次元,然而第五次元的波纹,在我们看来──就是光。换句话说,
我们人类只不过等同于从小小的鱼缸内看宇宙而已。
过去半个世纪以来,带领这股潮流的就是超重力理论(Supergravity theory)或超
弦理论(superstring theory)等学说。科学家相信,唯有研究高次元(超空间理论),才
能创造出统一各个自然定律的“大一统理论”。
ps1.超弦理论预测了时空的次元数:十次元。
ps2.采用十次元的原因在于科学家可以有足够的“空间”来容纳四个基本作用力,
也可以解释目前粒子对撞机所产生的一堆粒子。
如果你问,我们存在的宇宙是否存在于高等次元内?基本上,目前还无法以实验证实,
不过,有个人曾经这样说,“我对普通的人类没有兴趣,你们当中要是有外星人、
未来人、异世界人以及超能力者的话,就尽管来找我吧!”
最后,关于高维度空间问题,在一百年前就已经在讨论了,当时关于第四次元的各种
论点可是非常夯(小说、魔术、鬼魂、神佛...)。有一位叫欣顿(Hinton)的数学大师
把第四次元具现化并通俗化地介绍给大家认识。他使用三种方式把高等次元物体
图象化:投影、横切面与展开,实至今日,他的这三个手法仍是目前科学家用来
理解与研究高等次元的方式。达利与毕卡索的作品也深受第四次元的影响。
当然,这又是另一个有趣的话题。
reference:
1.不可能的物理学。
2.1.2.3...无穷大。
3.穿越超时空
4.《The Monster from Nowhere》

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