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深度科普:什么是四維空間,人類能前往四維空間嗎?

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關于四維空間的討論,許多人可能早已耳熟能詳,許多科幻大作都曾描繪過四維空間的奇異景象。

那么,究竟何為四維空間?與我們熟悉的三維空間又有何顯著差異?

簡單來說,四維空間是理論構造的概念,而三維空間則是我們所處的真實世界。



你我皆被三維世界的界限束縛,然而人類的好奇心無邊無際,總想探索高維度世界的奧秘。

互聯網上關于四維空間的介紹數不勝數,其中有的描繪甚為逼真,仿佛能把人帶入其中。

比如那本膾炙人口的科幻巨著《三體》,就對四維空間做了一番描繪,簡要復述一下:

在四維空間中,不存在任何封閉之物,一切都毫無遮掩,盡展眼前,這種景象對視覺來說極具沖擊力。



你能在腦海中構建這樣的四維畫面嗎?

坦白講,這是不可能的!任何聲稱能理解四維空間的人,實際上都不可能真正理解,原因很簡單:我們身處三維世界,正如二維生命無法理解三維世界一樣。

因此《三體》書中對四維空間的結論是:你無法用言語來描述四維空間的實質。

換句話說,它只可心領神會,對我們來說,哪怕是心領神會都顯得力不從心。目前對四維空間的認識大多僅停留在數學模型上。

例如,一個點代表零維,線代表一維,面代表二維,三維則不言而喻。



那么四維空間該如何用數學來描述?有人提出四維是一立體(或超立體),在三維之上新增一維,但這新增的一維究竟是何物,無人能答。

另一種解釋是,多維空間是低維空間的動態表現,比如面(二維)的移動形成體(三維)。以此類推,體(三維)的移動便構建出超體(四維)。

還有一種觀點認為,低維空間是高維空間的投射,這種說法相對易于理解。比如體(三維)的投射便是面(二維)。



通過上述對四維空間的分析,我們不難發現,無論何種描述,都無法確切、具象地用語言表達,甚至連想象都難以做到。因為一切關于四維空間的敘述都是基于想象。



既然四維空間是理論構建的概念,那我們不妨進一步想象,若低維空間的生命真實存在,他們又會是什么樣?如何生存?

舉個例子,若二維空間存在,那里的“生命”又會是什么模樣?

以一個簡單的例子來說明,二維空間的生命沒有消化系統,因為二維世界沒有深度。而在二維空間中,一條線便能完全阻擋一切通行,正如三維世界中的墻壁擋住我們的去路。



那二維空間的生命如何獲取營養呢?很抱歉,我們無法想象,或者說,我們無法以三維的視角來描繪二維生命的進食方式。

《三體》中描述的二向箔,可以這樣來理解,二向箔對三維空間進行降維打擊,所有事物被壓縮(實際上“壓縮”一詞并不準確),連微小的電子也不例外,最終化為一幅平面畫作。

若以我們三維的視角去審視二向箔,便會發現其中充滿了矛盾。因為即使是電子被壓成零厚度(或近乎零厚度),得到的二維面積卻是無限大。若是將浩瀚的宇宙壓成無厚度的二維,那會是怎樣一種情形?我們難以想象,也無力想象!

簡而言之,不管如何努力,人類目前僅能理解我們所處的三維空間,也許我們永遠無法觸及四維空間的奧秘,或許所謂的四維空間(高維空間)根本就不存在,一切都不過是我們的幻想。



有人會拿克萊因瓶或莫比烏斯帶來解釋四維空間,然而深入了解這兩個概念,你會發現它們更像是魔術中的障眼法,其實仍舊屬于三維空間的范疇,與所謂的四維空間毫無瓜葛。

還有一種更玄妙的理論,即弦理論,它提出存在多達10維(也有說是11維)的空間,這些高維空間被蜷縮在普朗克尺度內,這一理論同樣令人費解,并且迄今為止未得到實驗證實。



還有些人更是天馬行空,認為光速是通往三維空間之外的鑰匙,只有超越光速才能一探四維空間的究竟。他們認為光速是三維空間的速度極限,但在四維空間中,光速僅是速度的起點,所有物體都必須以超光速移動。

最后,我們需要認識到,世間萬物,包括你我都是三維空間(或四維時空)的產物,因此從理論上講,我們無法擺脫三維空間的限制。我們無法確知四維空間是否真實存在,就算真的存在,若想抵達那里,我們的生理結構必須徹底改變,我們不再是“三維人”,而成為“四維人”。

那樣的我們,還能稱之為人嗎?

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