四維空間:定義

在物理學(xué)中描述某一變化著的事件時(shí)所必須的變化的參數(shù),這個(gè)參數(shù)就叫做維才漆。幾個(gè)參數(shù)就是幾個(gè)維梯浪。比如描述“門”的位置就只需要角度捌年,所以是一維的而不是二維。

簡(jiǎn)單地說(shuō):零維是點(diǎn)挂洛,沒(méi)有長(zhǎng)度礼预、高度及數(shù)量。一維是由無(wú)數(shù)的點(diǎn)組成的一條線虏劲,只有長(zhǎng)度托酸,沒(méi)有其中的寬度、高度柒巫。二維是由無(wú)數(shù)的線組成的面励堡,有長(zhǎng)度、寬度沒(méi)有高度吻育。三維是由無(wú)數(shù)的面組成的體念秧,有長(zhǎng)度淤井、高度布疼、數(shù)量摊趾。

因?yàn)槿说难劬χ荒芸吹饺S,所以四維以上很難解釋游两。正如一個(gè)智力正常砾层,先天只有一只眼睛,一只耳朵的人(這樣就沒(méi)有雙眼效應(yīng)贱案,雙耳效應(yīng))肛炮,他就很難理解距離了,他很可能認(rèn)為這個(gè)世界是2維的宝踪。

一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)法:N維就是2個(gè)以上的N-1維物體垂直所形成的空間侨糟。

因?yàn)椋祟愔荒芾斫?維瘩燥,所以后面的維度可以通過(guò)數(shù)學(xué)理論構(gòu)建秕重,但要仔細(xì)理解就很難。在量子力學(xué)厉膀,仍在建立的弦理論溶耘,認(rèn)為世界是11維的。(十維空間+一維時(shí)間)

首先服鹅,錯(cuò)誤的說(shuō)法是把”四維空間定義為三維空間+時(shí)間軸”凳兵,而”三維空間+時(shí)間維”是另一種說(shuō)法。前者也并非是什么四維時(shí)空企软,而且本身四維時(shí)空是個(gè)偽概念庐扫。很簡(jiǎn)單“時(shí)間只是因?yàn)榱W舆\(yùn)動(dòng)、宇宙膨脹而出現(xiàn)的概念澜倦,為什么它就能成為第四維”

另外聚蝶,時(shí)空和四維空間的概念是有區(qū)別的

將四維空間定義為三維空間+時(shí)間軸的說(shuō)法是對(duì)于閔可夫斯基空間( Minkowski space)這個(gè)概念的誤解,而為什么這個(gè)誤解這么廣泛呢藻治?很簡(jiǎn)單碘勉,無(wú)數(shù)科幻小說(shuō)甚至于科普讀物刻意去硬生生地套用了這么一個(gè)東西,造成廣泛的讀者影響桩卵。其中這個(gè)里面涉及到了一組四維矢量場(chǎng)验靡,也就是:

四維矢量依據(jù)它們(閔可夫斯基)內(nèi)積的正負(fù)號(hào)來(lái)區(qū)分〕冢可分類如下:

是類時(shí)(timelike)胜嗓,

是類空(spacelike),

是零(null)或稱類光(lightlike)钩乍,

然而辞州,

關(guān)于零矢量一個(gè)有用的結(jié)果:“若兩個(gè)零矢量、正交(即:零內(nèi)積值)寥粹,則它們必定是呈比例關(guān)系(為常數(shù))变过“T”

以上的零基底部的時(shí)間方向選定,以及類時(shí)向量的概念媚狰,讓很多人誤以為“空間和時(shí)間組成了另一個(gè)空間”岛杀,而實(shí)際上上面只是描述了時(shí)間和空間的協(xié)同作用罷了。這便是前面那個(gè)說(shuō)法的來(lái)源崭孤。

而實(shí)際上時(shí)間維是一種替代說(shuō)法类嗤,并不是說(shuō)第四個(gè)維度是時(shí)間,和前面那種說(shuō)法并非一回事辨宠,第四維在主流的說(shuō)法中具有連續(xù)性遗锣,著名的數(shù)學(xué)模型克萊因瓶,第四維穿過(guò)三位這個(gè)本質(zhì)多面體嗤形,但四維空間的本質(zhì)還是空間黄伊。而為什么這一維會(huì)定義為時(shí)間維度呢,是因?yàn)槟骋慌捎^點(diǎn)認(rèn)為廣延的“時(shí)間”具有空間性派殷,故而出現(xiàn)的一種替代說(shuō)法还最,你要將它叫什么其實(shí)都可以,它是一個(gè)統(tǒng)一毡惜,確定的定義概念下產(chǎn)生的依據(jù)不同學(xué)派自主概念的命名法拓轻。

有些同學(xué)有點(diǎn)糾結(jié)于“時(shí)空”這個(gè)說(shuō)法,我先說(shuō)经伙,沒(méi)有四維時(shí)空這種說(shuō)法還有另一個(gè)理由扶叉,也就是時(shí)空在近代物理學(xué)中的概念本來(lái)就是四維的,所以不會(huì)冒出五維時(shí)空帕膜,也不存在時(shí)空前面特別說(shuō)明為四維枣氧。近代物理學(xué)某一派認(rèn)為,時(shí)間空間相互且可變垮刹,且其變量互相存于其中达吞,而他們?cè)谔囟l件下所對(duì)應(yīng)的這一個(gè)廣域叫做時(shí)空(最早的人確實(shí)將時(shí)空等同于空間加時(shí)間軸,現(xiàn)在更多在避開(kāi)這種本初定義)荒典,時(shí)空可能收到物質(zhì)和能量的影響發(fā)生扭曲或者凹陷酪劫,且其最小單位是普朗克時(shí)間和普朗克長(zhǎng)度。這是這個(gè)概念的由來(lái)寺董,但是很多人把時(shí)空和四維空間混用覆糟,這兩者有相關(guān)性,但不能混用遮咖。

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