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科学家所谓第四维空间是什么(数学家黎曼证明4维空间真实存在)

时间:2023-06-04 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 生活百科

在1854年时,一名叫做黎曼的德国数学家发表了《论作为几何学基础的假设》的文章,正式创立了黎曼几何。黎曼几何高度概括了当时非欧几何的成果,使得非欧几何渐渐被人们接受。并且也通过这种创新的论证,证实了空间不止是人们看见的三维。只能展开想象,再以一些现实的理论为依据做出猜测。《星际穿越》剧照因此,四维空间当中可能有以时间为基本坐标的存在。在经历重组之后,恐怕就不能再被称之为人了。

当年3D电影刚刚出现的时候,大家都感觉十分新奇,毕竟曾经生活在平面上的人物竟然能看起来这么立体

在多年的发展之下,3D电影已经不再稀奇了,许多城市商圈的街头甚至出现了更加逼真、令人啧啧称奇的裸眼3D

裸眼3D

可见,3维的世界已经让大家十分着迷了,而当德国数学家证明4维空间真实存在之后,一直生活在3维当中的人们便十分好奇,4维空间到底是什么样的,当人进入其中又会变成啥?

黎曼几何与相对论

首先我们来聊聊是谁发现了四维空间的存在。

在1854年时,一名叫做黎曼的德国数学家发表了《论作为几何学基础的假设》的文章,正式创立了黎曼几何。黎曼几何高度概括了当时非欧几何的成果,使得非欧几何渐渐被人们接受。

黎曼

作为数学王子高斯的得意门生,黎曼不仅继承了自己老师在曲面内在微分几何当中的研究,还将曲面的概念扩展到了流形上,对此前的理论实现了超越。

在成功引入流形之后,黎曼的“格局”一下就打开了,直接跳出了三维空间的桎梏,为高维几何的研究和发展铺平了道路。

根据曲面上弧长的计算公式,就可以建立起内蕴几何。

而黎曼在上文提到的文章中做出了全新的假设,即把二维曲面扩展为“n维流形”,并且将该公式当中的系数扩展成了“黎曼度规”,以此来进行计算和丈量。并且也通过这种创新的论证,证实了空间不止是人们看见的三维。

n维流形

总之,黎曼几何不仅丰富了“曲率”的概念,还因为黎曼度规的应付,使得黎曼几何完全不同于欧式几何,成为了更“局部”的几何。

在这种情况下,大家研究空间中任何一块地方,都能从而推导定义出整个空间的概念。

其次,黎曼几何不仅局限于数学,他还进行了相关的物理实验,将二者联系在了一起。

并且给出了影响爱因斯坦的预言,即“或者现实的空间是离散的流形,或者在作用于流形的束缚力下, 必须在流形之外寻找决定度量关系的基础”。

黎曼几何的局部

爱因斯坦建立广义相对论的时候,就受到了黎曼几何的启发,并且引入了它,解释了四维空间当中的几何结构和物质分布运动是存在“密切联系”的。

可见,黎曼对于相对论的贡献非常大,同时对人们更深入探究四维空间也提供了理论基础。

爱因斯坦受到的启发

不过,以咱们三维的视角,其实很难理解四维空间的样子。只能展开想象,再以一些现实的理论为依据做出猜测。

当人进入四维空间

我们对高维空间的想象,其实大部分源于对现有维度以及低维度的认识。像一维就是一条线,二维就是只有长和宽连接的平面世界。三维世界则有了立体的概念,也正是这种情况让我们看万物更加鲜活。

各个维度

至于四维空间的状况,许多科学家认为第四个维度应该就是人们觉得无法挽留和把握的“时间”。在四维空间当中,时间的流动也变成了“具体”的。

实在无法想象出这种情况的人,可以以《星际穿越》当中男主在进入多维空间后,看到的“明确时间轴”为样本。

《星际穿越》剧照

因此,四维空间当中可能有以时间为基本坐标的存在

那么,作为三维生物的人在进入四维空间之后,首先就需要经历“坐标重组”的折磨。至于这个重组的过程中,四维会将三维物体改造成什么模样,是我们无法预测的。

以将二维生物的“纸片”状变成三维立体的现状来看,这种变化肯定不好受。在经历重组之后,恐怕就不能再被称之为人了。

经历“重组”

不过,如果能够顺利地扛过重组,那么人将会清晰地感受到“时间”的存在。在三维世界中只能朝着一个方向流逝的时间,在那时就有了“方向”,成为了具体的东西。

值得一提的是,就算人类进入四维空间之后真的能感受到时间的变化,也无法如想象中那样随意“操控”。

因为就算被重组,我们的认知也不会骤然提升到四维的高度。在这种情况下,就极有可能出现,你看到或者感知到一些不同寻常的存在,却无法“理解”它们。

维度不同,认知受限

这一点就像是蚂蚁看人类世界的高楼大厦一样,生活在街道旁蚁丘当中的蚂蚁永远都无法理解人类在忙活什么,高楼大厦是什么。因此属于三维生物的人类,看四维空间的事情时,就会出现和蚂蚁一样“迷茫”的情况。

可是人类就喜欢挑战不可能,所以哪怕明白存在“降维打击”这种残酷的情况,科学家依旧想从多维空间中探索出更多的自然科学,并且想让这些科学服务于咱们所处的三维空间。

发挥“想象”

多维空间中自然科学的探索

首先,咱们需要了解一下,所谓多维空间的进入方法。

按照爱因斯坦《相对论引论》当中的描述来看,质量在接近光速的时候才会发生变化。所以答案很明显了,只有速度达到光速或者是绝对接近光速时,咱们才有可能进入四维空间。

光速飞行是先决条件

四维空间当中包括了无数的三维空间,并且每个维都是相互垂直的存在,在这里质量的穿越相对自由。简单来说,我们人生当中每个年龄段经历的场景和事件就是拥挤在四维空间当中的组成部分。

三维空间中你无法循着事件回溯过去,但到了四维空间中却能够轻松做到。当然,从某种角度来说,那时的你也已经不再是“人”了,而是更高级的四维生物。

三维空间和四维空间的区别

其次,如果人类一直想象下去,不仅是四维空间,五维、六维甚至是十维空间都是有可能存在的,这里面的维度指标可能会变成信息维、意识维等等。

如果人类能够进入其中并认识到这一问题,那么就说明我们出现了“进化”。这个进化当然不是指某些器官发生了进化,而是指生命进入了更高级的状态。

换句话说,现在的你需要以三维的“躯体”为载体活着,而到了以意识为维度的更高维度的空间当中,躯体就消失了,所有人都以“意识”的形态存在。

以意识的方式存在

这样来看的话,许多宗教当中所说的灵魂归处或者说飞升,应该就指的是进入更高维度的空间。这意味着三维空间当中的你虽然“死”了,但是在更高维度的空间当中,你却活着。

宗教中的“修炼飞升”

科学家认为多维空间的研究有利于人们更科学地把握物质规律,甚至找到所谓的大一统理论。持续研究将会带给我们层出不穷的启发,指引着生命和文明朝着更高级的方向走去。

不过,就算未来我们能够在多个维度的空间中穿梭,也要在实行这种行动之前做好万全的准备。

多维时空

穿梭空间的准备

别看电影中人们在各个维度的空间中来去自如,十分自在。但以现实来说,可没有这么简单。大家可能觉得穿越到四维空间或者高维空间很难想象,那我们就用抵达低维空间来举例。

当属于三维世界的人类进入只有平面的二维世界会发生什么呢?

你会感受到本来立体的你开始慢慢地纸片化,而这个过程中你体内的器官等部分会经历怎样“扁平化”的挤压就显而易见了。

所以,别瞧不起低维空间,如果进入其中意味着要被同化,那么低维空间相较于高维空间来说,对人类身体上的改造和伤害可能会更加明显

被二维空间压缩成“纸片人”

至于进入高维空间,可能要做得更多的就是心理建设了。毕竟到那里,人依旧有可能出现,看得到其他维度坐标,却依旧无法动弹的情况。那时的我们,大抵会被困在高维的时间长河中“长生不老”吧。

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