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一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?

一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?
2018-09-03 11:31:18 中科院物理所

“我們曾經(jīng)仰望浩瀚的星空,思考自身的存在?!?/strong>

——《星際穿越》

一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?

今天我們來聊聊維度。

大家有沒想過,我們所處的宇宙,其實(shí)是一個(gè)多維宇宙。

但可惜的是人類僅僅只是三維生物。

所以在我們的認(rèn)知中,世界是以三維的形式呈現(xiàn)的——一個(gè)只能用長、寬、高來測量實(shí)體的世界。

三維世界中,一個(gè)空間只存在三條相互垂直的線x,y,z

而在四維空間中,卻存在著四條可以相互垂直的線x,y,z,t

三維世界中,一個(gè)空間只存在三條相互垂直的線 x,y,z,而在四維空間中,卻存在著四條可以相互垂直的線 x,y,z,t

三維世界中,一個(gè)空間只存在三條相互垂直的線x,y,z,而在四維空間中,卻存在著四條可以相互垂直的線x,y,z,t

而在四維,甚至更高維度生物眼中,除了長、寬、高之外,時(shí)間也有可能是具象的。

就跟《星際穿越》中所描述的一樣,時(shí)間對于它們來說可能就是一座山,可以爬上爬下。

一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?

在物理的四維時(shí)空中,時(shí)間是除長、寬、高以外的第四個(gè)維度。

而在數(shù)學(xué)的四維空間中,第四個(gè)維度是未知的,可能是時(shí)間,也可能不是。

不管是哪個(gè)維度的實(shí)體,其實(shí)都有可能被我們所觀察到,那當(dāng)我們(三維生物)看到四維的物體時(shí),眼前會是怎樣的畫面呢?

首先,我們先來理解一下維度。

一個(gè)點(diǎn),因?yàn)闆]有方向,沒有大小,所以它是零維的。

一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?

但要是空間如果同時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)點(diǎn),這時(shí)候它們就有了固定的指向,從點(diǎn)A到點(diǎn)B是有距離(也就是長度)的。

長度作為維度,就使得線成為了一維物。

兩線確定一個(gè)面,此時(shí),面不僅有了長度,還有了寬度,所有它是二維的。

兩線確定一個(gè)面,此時(shí),面不僅有了長度,還有了寬度,所有它是二維的。

一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?

但不管在一個(gè)面上,是畫個(gè)人還是畫坨屎,它都只存在于平面上,沒有厚度,一旦賦予了它厚度,它就變得立體起來。

長度、寬度、厚度,構(gòu)成了我們所在的三維世界。

在藝術(shù)家 M.C Escher 的畫中,二維的蜥蜴正試圖變?yōu)槿S實(shí)體,逃出畫面

在藝術(shù)家 M.C Escher 的畫中,二維的蜥蜴正試圖變?yōu)槿S實(shí)體,逃出畫面

目前為止,從零維到三維的世界,我們都很好理解,因?yàn)楦呔S生物能全面的、完整的觀察到低維世界。

人類甚至不能在一個(gè)空間內(nèi)對同等維度的物體進(jìn)行完整觀察,這就是為什么我們并不能透視,看不到墻壁背后的東西。

但接下來的四維可能就有些抽象了。

我們只有三維認(rèn)知,而沒有對更高維度的直覺。

我們只有三維認(rèn)知,而沒有對更高維度的直覺。

所以四維物體呈現(xiàn)在我們眼前時(shí),不管我們怎么看,對它的認(rèn)識也只能是三維的,如果想要直觀全面的看到它,甚至只能通過二維的圖像。

而如果我們想要看到它的每個(gè)面、每個(gè)角、每個(gè)點(diǎn),只能不停的變化它的角度,也就是說一次只能看到這個(gè)高緯度物體的一部分。

四維物體的三維世界中的橫切呈現(xiàn)

四維物體的三維世界中的橫切呈現(xiàn)

試想一下二維世界的生物如何看到三維世界物體,可能對理解會有些幫助。

假設(shè)一個(gè)紙片人,想看看人類世界(三維世界)的球體長什么樣,它眼里出現(xiàn)的畫面是什么樣的呢?

當(dāng)然是球體的截面。

三維物體在二維生物眼里,只是一個(gè)截面。

紙片人通過橫切面展示法看到的球體,會是一條從短變長,再從長變短的線

紙片人通過橫切面展示法看到的球體,會是一條從短變長,再從長變短的線

對,這個(gè)時(shí)候,限制我們想象的不是貧窮,而是維度。。。在四維空間向量中,第四個(gè)維度(有可能任何無法我們目前無法測量的東西,你要說是一種意識也不是不可以)是未知的,所以四維物體哪怕一個(gè)面一個(gè)面被展示在我們眼前,仍然很抽象。

四維超立方體球形投影后的模樣

四維超立方體球形投影后的模樣

不過,要是我們把第四個(gè)維度假設(shè)為我們熟悉的時(shí)間,也就是物理四維時(shí)空,就比較好觀察了。

如果說,我們把一個(gè)人的靜止?fàn)顟B(tài),看做是是三維世界里的一個(gè)物體。

那加上時(shí)間這第四個(gè)向量,它就變?yōu)榱怂木S生物,把它被逐步呈現(xiàn),我們看到的四維萌妹就會是這個(gè)樣子。

一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?

當(dāng)然,當(dāng)我們想要以上帝視角去看,甚至去想象這個(gè)不停變換的四維萌妹,在靜止?fàn)顟B(tài)的全貌是什么樣子時(shí)。。。

你能想象一個(gè)個(gè)體在3歲時(shí),同時(shí)也是70歲嗎?它能長什么鬼樣兒?

emmmm,是不是大腦一片空白?

我是誰,我在哪兒,我在干什么,忽然一下子就哲♂學(xué)了呢

在偌大的宇宙里,人類是如此的渺小,很多現(xiàn)象我們沒有辦法解釋,甚至沒有辦法想象。

也許整個(gè)銀河系,也不過是外星人手里的一顆棋子罷了。。。

一個(gè)四維的人在三維世界里到底長什么模樣?

但這并不表示未知不存在,別忘了我們還有科學(xué)、科技,通過它們我們正在離未知越來越近。

(責(zé)任編輯:梁云嬌 CN079)
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