什么是四維空間 2007-07-30
15:37
四維空間就是指包括時間A和由長X寬Y高Z組成的包括三維空間在內(nèi)的空間。 假如我們走在一條狹長的隧道里，我們能走出隧道的方向只有兩個——前與后；而當我們在走空曠的田野里走時，我們就會有四個方向——前、后、左、右；而當我們的宇航員在太空中表演太空漫步的時候，他的方向?qū)⒂辛鶄€，前、后、左、右、上、下。那么在什么地方我們能找到第七個方向和第八個方向，即第四對方向呢。當然，那只有在四維空間里才能找到。
然而，我們所生活的空間中就存在著這對方向，它們就是時間的前與后。想一想過去所發(fā)生過的和未來將要發(fā)生的，我們就會發(fā)現(xiàn)實際這一切存在著連貫性。
有一個現(xiàn)象是人們長久以來所感興趣的。就是為什么正方型有四條邊，而立方體卻有十二條棱，后來經(jīng)過數(shù)學的學習明白了這是空間維度的差異。正方形可以存在于二維空間，而立方體不可以，它最少也得呆在三維空間里。那么會不會有什么東西不能呆在三維空間里卻只能在四維及四維以上的空間里呢？
中國話里的正方里有個正字，仔細想來也就是，正方形和正方體都是方方正正的。他們在空間里是否能代表著什么呢？
本人認為所有的正方都是一種空間維度的原身，從幾何的角度就能說明這一點。比如它們的角相互垂直，他們的對邊相互平行并且他們表示某維空間的最極端的幾個方向。
既然是這樣，那么它們之間一定是否會存在著聯(lián)系呢？為什么一維是條直線兩個端點，二維有四條邊和四個頂點，三維有十二條邊和八個頂點呢？這些數(shù)目難道就是孤立的、沒有聯(lián)系的嗎？難道上帝就安排了這些數(shù)字作為空間的特征嗎？
在三維空間坐標系中加了一條與其他三條坐標軸方向都不同的新坐標軸——A軸。并設(shè)想A軸在這個坐標系中與其他的三條坐標軸都呈相互垂直的關(guān)系?；藰?gòu)成了新的四維坐標系，這看起來似乎有些荒誕。
讓我們這樣想象一下，假如我們現(xiàn)有所能感覺到的空間只有兩維。換一句話說，就是假如我們現(xiàn)在只是生活在只有四個方向的二維空間里，假設(shè)我們感覺不到上和下。那么，當有人提出有那么第三對方向，是不是也會讓人有所吃驚呢？我們只有四個方向，而且所有的方向都是相互垂直的，那我們從哪去找那第三對方向呢？就像一只普通的小螞蟻在平地上爬，它不曾飛過也不曾想過要飛，那么飛是否對于這只可憐的螞蟻來說很荒誕的呢？
如果在A軸上取了個點并假設(shè)這個點到原點的距離等于立方體的邊長(1mi)。這就是后來四維方體的第一條邊。然后又對三維方體的每個頂點都做出同樣方向的一些平行線。經(jīng)過很多次的失敗，最終還是確立了幾個四維超方體幾何模型的待選圖形。在這些待選圖形中，一個真正的四維方體模型就這樣新鮮出爐了。
這是一個由四組每組數(shù)目都是八的平行線段組成，和前面幾維一樣，這也是一個空間上呈中心對稱的圖形。更驚奇的發(fā)現(xiàn)是在三維方體中每個方向所指向的六個平面的中心變?yōu)樵谒木S空間中指向八個立方體。這也和二維空間中四個方向分別指向四條邊一樣。這讓我更加意識到相鄰的維度間存在著一種不可分割的聯(lián)系，這就是后來演變而成的“分裂理論”。
四維空間對人類生活的意義
幾何從誕生開始，無數(shù)領(lǐng)教過幾何學的人們便對宇宙間的事物產(chǎn)生了理性的認知和看法，理解并會意到直線和平面的一些優(yōu)勢。比如在空曠的田野上從一個地方到另一個地方有很多條路可以走，那么怎么走會省些力氣呢？智慧的人會給出正確的答案，走最近的。怎么走最近呢，很顯然是走直線最近。直線這個概念就和幾何密不可分了。而以此為基礎(chǔ)所擴展出的各種幾何原理應(yīng)用在工程上的效益更是不可估量的。
五維、六維空間模型及存在可能性
除了長、寬、高組成的三維空間，我們目前所能感受和理解的第四維度只有以時間為軸時空。但也并不排除會有以平行空間串列為第五對方向的五維空間，和同樣平行于五維空間的六維及六維以上空間的存在性。就是說有一個空間與我們的時空平行和相鄰，而且還有一個空間同時平行和相鄰于我們這兩個空間。這種情況在分裂原理中的推論中，它們是完全有存在性的和受到支持的。
四維空間最簡單的意義就在于，我們可以把過去和未來用時間連貫的線性特征進行梳理并保存在腦海里。并且時間穿梭和關(guān)于平行空間的穿梭也從理論上得到了支持和具備了實踐的可能性。
空間飛船
再想的遠一點，如果數(shù)年以后。我們的某個人發(fā)明了具有向包括時間方向和平行空間方向等任何方向在內(nèi)飛行能量的飛船，他肯定必須要帶上一個能夠計算正確方向的計算機。這臺計算機也必須能夠理解三維以上空間的性質(zhì)。比如，他載著科學家們要從他的時間的地球（0，0，0，0，0）飛到1840年的Omita（離我們的距離是56）平行空間的三維坐標為（1，7，2）的某個星球去做科研工作(1840，56，1，7，2)。那他駕駛的飛船也沒必要先逆時間飛到1840年，然后再垂直飛到Omita空間的（0，0，0），然后再飛到（1，0，0），再飛到（1，7，0），最后才到（1，7，2）這個星球。至少后三步我們不會那么做。這并不是天方夜談，從幾何學的角度這些空間是真實存在的。 |
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