四維空間,相信很多人都聽說過,各種科幻電影和科幻小說也都有關于四維空間的場景描述。
那么到底什么是四維空間?它和三維空間的區別到底在哪里呢?
通俗地講,四維空間是虛構的概念,而三維空間是真實存在的,也就是我們生活的世界。
你我都生活在三維世界,但正如人們的欲望是沒有止境的,我們總是想前往更高維度的世界去看看那里到底是怎樣的存在。
網絡上有很多關于四維空間的描述,有些看起來很像回事,給人一種身臨其境的感覺。
著名的科幻小說《三體》也有對四維空間的描述,簡單來說一下它是怎樣描述的:
在四維空間里,沒有任何封閉的物體存在,任何物體都沒有任何的遮擋,所有事物都完全暴露在外面,這種場景對于視覺的沖擊是顯而易見的。
你能想象出這樣的四維空間嗎?
說實話,很難!任何宣稱自己理解那樣的四維空間的人其實不可能完全理解,原因就一點:因為我們生活在三維空間,正如二維空間的生命不可能理解我們三維空間一樣。
所以《三體》小說這樣總結四維空間:你不可能用語言來描述四維空間到底是一個怎樣的存在方式。
說白了,只可意會不可言傳!但對于我們來講,甚至連“意會”都不可能做到。而目前對四維空間的描述大多數都停留在數學概念上。
比如說,一個點就是零維,一條線一維,一個面二維,三維就不說了。
那么四維該如何用數學描述呢?有人說四維是一個體(或者超體),在三維空間的基礎上多出來一個維度,但這個維度到底是什么,沒有人說得清。
另外一種描述方式是這樣的,認為多維空間是低維度空間的運動,比如說二維空間(面)的運動就形成了三維空間。同理,三維空間的運動就形成了四維空間,以此類推。
第三種描述方式認為,低維空間是高維空間的投影,這種描述方式相對更容易理解。比如說三維空間的投影就是一個面,就是二維空間。
從以上對四維空間的描述,我們能夠看出,無論如何描述四維空間,都無法準確形象地用語言表達出來,甚至也很難想象出來。因為所有對四維空間的描述都是虛構的。
那么,既然四維空間是虛構的概念,我們不妨來進一步虛構如果存在低維空間的生命,他們是什么樣的?是如何生存的呢?
舉個例子,如果存在二維空間,那里的“人”會是什么樣的呢?
一個簡單的例子,二維空間的人是沒有消化道的,因為二維空間沒有深度。而且在二維空間,一條線就可以完全阻擋一切的通過,正如在三維空間的一堵墻堵住我們的去路一樣。
那么二維空間的人該如何吃飯呢?很遺憾,我們無法想象,或者說,我們無法以三維空間的視角描述二維空間的生命該如何進食。
《三體》中的二向箔這樣描述,在二向箔對三維空間降維打擊,所有東西被壓扁(事實上用壓扁并不嚴謹),連微小的電子也不例外,最后變成一幅畫,沒有厚度的畫。
如果用我們的三維世界去理解二向箔,就到處充滿了矛盾。因為即使是一個微小的電子被壓扁到沒有厚度(或者厚度無限小),最后得到的二維面積也會是無限大的。如果是浩瀚的宇宙被壓扁到沒有厚度的二維,會是什么情況?實在不敢想象,也無法想象!
說白了,無論如何,人類到目前為止只能理解我們所在的三維空間,或許我們永遠無法理解四維空間,又或者所謂的四維空間(高維空間)根本就不存在,一切都只是我們的臆想罷了。
有人會用克萊因瓶或者莫比烏斯環來形容四維空間,但仔細了解這兩個概念,你會發現,這兩個概念其實更像是魔術中的“障眼法”,兩者其實還是三維空間的產物,與所謂的四維空間沒有任何關系。
有一種更神秘的理論,弦理論認為有多達10維空間的存在(也有說是11維空間),多維空間被被卷曲在普朗克尺度,這種理論同樣很難被人們理解,而且直到目前為止都沒有得到實驗證實。
還有些人更是腦洞大開,認為光速是突破三維空間的工具,只有突破光速才能到達四維空間一探究竟。認為光速是三維空間的速度極限,但在四維空間光速是速度的最低要求,也就是說所有速度都必須以超光速運動。
最后提一點,宇宙萬物,包括你我本身都是三維空間(四維時空)的產物,因此理論上我們不可能突破三維空間的束縛。我們不知道四維空間是不是真的存在,就算存在,如果我們想要到達那里,我們的身體結構必須徹底改變才可以,我們將不再是“三維人”,變成了“四維人”!
那樣的話,我們還是“人”嗎?