“一維是線,二維是面,三維是立體空間,四維是彎曲空間(就是宇宙),當然這只是一種說法,並不是說第四維空間就是宇宙。宇宙的概念很廣,他無邊無際,像一個摸不着的黑袋子。宇宙裡存在着許多的平行時空,而第七度空間便是時空之一。”黃宇新解釋完黃道十二宮又開始解釋四維空間了,“在物理學中描述某一變化着的事件時所必須的變化的參數,這個參數就叫做維。幾個參數就是幾個維。比如描述“門“的位置就只需要角度,所以是一維的而不是二維。
簡單地說:零維是點,沒有長度、高度及數量。一維是由無數的點組成的一條線,只有長度,沒有其中的寬度、高度。二維是由無數的線組成的面,有長度、寬度沒有高度。三維是由無數的面組成的體,有長度、高度、數量。
因爲人的眼睛只能看到三維,所以四維以上很難解釋。正如一個智力正常,先天只有一隻眼睛,一隻耳朵的人(這樣就沒有雙眼效應,雙耳效應),他就很難理解距離了,他很可能認爲這個世界是2維的。
一個簡單的說法:n維就是2個以上的n-1維物體垂直所形成的空間。
因爲,人類只能理解3維,所以後面的維度可以通過數學理論構建,但要仔細理解就很難。在量子力學,仍在建立的弦理論,認爲世界是11維的。(十維空間+一維時間)
首先,錯誤的說法是把“四維空間定義爲三維空間+時間軸“,而“三維空間+時間維“是另一種說法。前者也並非是什麼四維時空,而且本身四維時空是個僞概念。很簡單“時間只是因爲粒子運動、宇宙膨脹而出現的概念,爲什麼它就能成爲第四維“
另外,時空和四維空間的概念是有區別的
將四維空間定義爲三維空間+時間軸的說法是對於閔可夫斯基空間(minkowskispace)這個概念的誤解,而爲什麼這個誤解這麼廣泛呢?很簡單,無數科幻小說甚至於科普讀物刻意去硬生生地套用了這麼一個東西,造成廣泛的讀者影響。其中這個裡面涉及到了一組四維矢量場。
四維矢量依據它們(閔可夫斯基)內積的正負號來區分。可分類如下:
然而,關於零矢量一個有用的結果:“若兩個零矢量、正交(即:零內積值),則它們必定是呈比例關係(爲常數)。“
以上的零基底部的時間方向選定,以及類時向量的概念,讓很多人誤以爲“空間和時間組成了另一個空間“,而實際上上面只是描述了時間和空間的協同作用罷了。這便是前面那個說法的來源。
而實際上時間維是一種替代說法,並不是說第四個維度是時間,和前面那種說法並非一回事,第四維在主流的說法中具有連續性,著名的數學模型克萊因瓶,第四維穿過三位這個本質多面體,但四維空間的本質還是空間。而爲什麼這一維會定義爲時間維度呢,是因爲某一派觀點認爲廣延的“時間“具有空間性,故而出現的一種替代說法,你要將它叫什麼其實都可以,它是一個統一,確定的定義概念下產生的依據不同學派自主概念的命名法。
有些人有點糾結於“時空“這個說法,其實,沒有四維時空這種說法還有另一個理由,也就是時空在近代物理學中的概念本來就是四維的,所以不會冒出五維時空,也不存在時空前面特別說明爲四維。近代物理學某一派認爲,時間空間相互且可變,且其變量互相存於其中,而他們在特定條件下所對應的這一個廣域叫做時空(最早的人確實將時空等同於空間加時間軸,現在更多在避開這種本初定義),時空可能收到物質和能量的影響發生扭曲或者凹陷,且其最小單位是普朗克時間和普朗克長度。這是這個概念的由來,但是很多人把時空和四維空間混用,這兩者有相關性,但不能混用。對四維空間,一般人可能只是認爲在長、寬、高的軸上,再加上一根時間軸,但對於其具體情況,大部分的人仍知之甚少。
有一位專家曾打過一個比方:讓我們先假設一些生活在二維空間的扁片人,他們只有平面概念。假如要將一個二維扁片人關起來,只消用線在他四周畫一個圈即可,這樣一來,在二維空間的範圍內,他無論如何也走不出這個圈。
現在我們這些生活在三維空間的人對其進行“干涉”。我們只需從第三個方向(即從表示高度的那跟軸的方向),將二維人從圈中取出,再放回二維空間的其他地方即可。
在我們看來,這是一件簡單的事,但在二維扁片人的眼裡,卻無疑是不可思議的:一個人明明被關在圈內,怎麼會忽然消失不見,然後就出現在另一個地方!
對我們這些三維人而言,四維空間的情況就與上述解釋十分類似。如果我們能克服四維空間,那麼,在瞬間跨越三維空間的距離也不是不可能。
下面再做一個試驗:將一些橡皮繩按經緯線的樣式編成一張網,將之張平,我們可以將之近似看做是二維平面,然後將一個小球放在網上,橡皮網在小球的重力作用下凹陷,這就形成了三維空間。
但從空間的內部去觀察這個空間,卻往往是看不清的,那些二維扁片人並未必意識到他們所生活的空間已經發生了扭曲。當他們從平面來到這個凹陷處,並且這個凹陷已深到了一定程度、或扭曲到一定程度時,二維扁片人也可能自由來往於三維空間。
這個引起空間扭曲的小球在我們三維世界的例子就是黑洞。黑洞事實上是存在於四維空間的一種現象,或者說,黑洞是連接三維世界與四維空間的通道(當然在下絕不是說“如果誰要去四維空間,就請往黑洞走”,那樣只會“死無全屍”而已^o^)。我們有可能通過對黑洞的深入研究,找到克服四維空間的辦法,那樣的話,瓦普跳躍飛行就不再是夢想了。
現在科學家已經證實,黑洞的存在確實會令周圍的空間極度扭曲。根據廣義相對論,光線在正常的空間裡以直線傳播,但當空間扭曲時,光線會隨着空間扭曲的方向而扭曲。如果能給一束射進黑洞的光線拍照的話,我們就會發現,光線呈螺旋形指向黑洞中心,因爲黑洞的巨大質量已使周圍的空間扭曲得不成形了。
但事實上,這樣的照片是拍不出來的。因爲黑洞連光線也吸收,我們根本無法通過肉眼看見它,又如何能拍下照片(當然在下指的是普通光學照片,如果是射電天文望遠鏡,說不定能拍到這奇異的場景)?”