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为什么空间是三维的?优质

452次浏览| 2021-08-22 09:20:48 更新
来源:互联网
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他们像一个个点,生活在一维空间中,即生活在一条线上,这个世界只有一个测度--长度,只有两个方向--向前或向后。因此,它可以是一条直线,也可以是一条曲线。一维空间实际上存在于二维空间中,但一维人无法看到二维空间,也不了解在二维空间会发生什么事。哪怕这个一维空间是条螺旋线,相邻两圈非常接近,对二维人来说,要从螺旋线上的A点走到B点,只要沿虚线走就行了,可是一维人不能沿虚线穿越二维空间的缝隙,只能循规蹈矩地沿螺旋线走。我们再想象二维空间的二维人,他们能够在两个维度上移动。这个二维世界既有长度,又有宽度,但没有高度。二维人虽然可以猜测存在三维空间,但由于他们无法越雷池半步,所以对三维空间一无所知。可能有人会说,他们用手把这个二维平面戳穿,不就可以看到三维空间中的情况了吗?其实不然,即使把平面戳一个洞,二维人也只能观测手指与平面接触的二维区域,他们甚至不知道,这就是从二维空间进入三维空间的"入口"。对于那个第三维--高度,他们是无法理解的。如果二维空间中有A、B两点,它们相距50千米。现在有一个二维人,以每天爬1米的速度从A点爬到B点,那么他要爬足足100余年。但如果这个平面是弯曲的,在三维空间的人看来,它们的距离只有1米,这个二维人只要能够进入三维空间,那他一昼夜就可以到达目的地!可惜,二维人却无法这样做,因为这个1米是在第三维高度上,二维人不懂得什么是高度,也不能脱离平面。三维空间和四维空间与一维、二维的情况相似,我们生活的三维空间可能包含在更广的四维空间内。但我们三维人却不了解四维空间的居民,尤其是他们的生活习性和运动规律。

日常生活所提及的“四维空间”,大多数都是指爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。根据爱因斯坦的概念,我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系,是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又加了一条时间轴,而这条时间的轴是一条虚数值的轴。四维空间是一个时空的概念。简单来说,任何具有四维的空间都可以被称为“四维空间”。  根据爱因斯坦相对论所说:我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。由于我们在地球上所感觉到的时间很慢,所以不会明显的感觉到四维空间的存在,但一旦登上宇宙飞船或到达宇宙之中,使本身所在参照系的速度开始变快或开始接近光速时,我们能对比的找到时间的变化。如果你在时速接近光速的飞船里航行,你的生命会比在地球上的人要长很多。这里有一种势场所在,物质的能量会随着速度的改变而改变。所以时间的变化及对比是以物质的速度为参照系的。这就是时间为什么是四维空间的要素之一。宅类定义中,三次元与物理方面的三维空间并无太大的联系,而是对现实世界的一种略带贬义的称呼。宅男宅女们把动漫,游戏,漫画,小说以及相关作品,人物定义为二次元(小说也有称为一次元的),把现实世界以及相关的电视剧,电影称为三次元。御宅族或多或少的都有一定对现实世界的逃避倾向,情况严重的人只对于ACG当中登场的虚拟角色抱持兴趣或感情,而对现实中的异性没有兴趣,就被戏称为“二次元世界的主人”,被戏称为“二次元禁断综合症”。

三维空间的三个基本测度可以用三根互相垂直的坐标轴来表示,但是,如果再补充第四根坐标轴,要使它与前三根坐标轴均垂直,我们是无法做到的。

同样,如果在三维空间中有极其遥远的两点A和B,在四维人看来,他们近如毗邻,只要在第四维上挪动一下就行了。可是由于三维人不知道如何进入四维空间,所以只能长途跋涉了。

要实现科幻小说中的穿越四维空间,前提是三维空间是弯曲空间,而不是平直空间。

这一点现在已经清楚了。以前,人们以为空间就是一个空盒子,它有长、宽、高,物体在这个盒子中移动。20世纪初,爱因斯坦提出了相对论,空间和时间不再是脱离物质的独立存在,"如果没有物质,盒子也不复存在"。而有物质存在的空间不再是欧几里得的平直空间,而是弯曲空间,物质的密度越大,其周围空间弯曲得越厉害。但是在极端情况下,空间竟会弯曲得封闭起来,这时由中心物质发出的光将沿闭合曲线传播,放射不出去。因此,外部观测者看不见从中心物质发出的光。而在通常物质密度不大的空间,光是沿直线传播的。

如果存在四维空间,由于我们的三维空间是弯曲的,似乎提供了超越空间的可能。然而,存在弯曲的三维空间并不是存在四维空间的直接证据。那么,我们怎么来判断是否存在四维空间呢?

在空间建立坐标系统,只需要三个数就可以确定空间中某一点的位置,所以空间是三维的,如果需要四个数才能确定空间某一点的位置,就是四维空间

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