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  • 1 # 董加耕

    在https://m.zjurl.cn/answer/6711910042993426701/?app=news_article&app_id=13&share_ansid=6711910042993426701這篇回答中,我們討論了空間彎曲,嚴格來說,我們討論的是三維空間的彎曲,討論的結果是:空間究竟是平直還是彎曲的,完全是我們人為規定的,是在我們究竟把誰規定為標準直尺的時候,同時人為規定了的。既然是人為規定的,那就是恆定不變的,與是否存在引力場無關。

    二維空間的彎曲該怎麼理解呢?二維空間彎曲,是我們司空見慣的,數學上已進行了詳盡的研究。例如,球面就是一個彎曲的二維空間,在這個彎曲的球面上,勾股定理顯然不成立。那麼,請問,球面上勾股定理不成立,變成另一種形式,是球面上的二維人所人為規定的嗎?為什麼球面上的二維人不會作出其它規定,例如規定他們所在的空間是平直的,球面這個二維空間中勾股定理反而成立?關於空間中究竟成立的是何種幾何,球面上的二維人能進行任意的規定嗎?

    首先來討論三維空間中的我們,是如何理解球面上的勾股定理不能成立的。顯然,這個球面,是三維空間中一個實際存在的實體,我們對這個實體進行了具體的幾何測量,透過測量,我們才發現,球面上勾股定理不成立。也就是說,球面上勾股定理不成立,是我們實際測量出來的,是對一個具體存在的實體進行實際測量的結果。這個測量,按照《如何理解空間彎曲?》一文,顯然不是對空間本身的測量,而是對空間中的一個實際存在物的測量,測量的結果,表達的不是空間本身的特性,而是位於空間中的這個具體存在的實體所具有的一些特性。如果我們把幾何定理嚴格的限制為空間本身的特性,則我們關於球面的測量結果,嚴格來說,就不是幾何定理,而是我們實測出來的物理定理。如果我們放寬對幾何定理的限制,則可以認為,我們現有的幾何定理,有兩種來源。一是來源於對空間本身的測量,而這實際上是長度測量標準自己對自己的測量,測量的結果取決於我們對空間測量標準的人為規定,因而也可以說,關於空間本身成立的幾何,實際上是我們人為規定的,是在我們把誰規定為空間測量標準,即把誰規定為直尺時,就已經同時人為規定了的。現有的幾何定理的第二個來源,是來源於我們對空間中的一些實際存在的實物的具體測量,如我們對這個實際存在的球面所進行的實際測量。

    有人說,球面上勾股定理不成立,不是測量出來的,是推匯出來的,是可以證明的。我承認,你的證明或推導完美無瑕,但是,你推理的前提,那個平直空間中的歐氏幾何,卻是測量出來的。我們所在的三維空間中,究竟成立的是何種幾何,是實測出來的,儘管這是空間測量標準自己對自己的測量。如果更換了標準,而我們又對這個標準的特性不瞭解,則只有實測,才能確定與這個標準對應的空間中的幾何是何種幾何。所以,也可以說,球面上的幾何是何種幾何,也是實測出來的。況且,球面幾何中勾股定理的具體形式,肯定與球面的半徑有關,不實測,這個球面的半徑從何而來?當然,我們不需要在三維空間中去測量這個半徑,僅僅在球面這個彎曲的二維空間內測量,也能確定這個球面半徑。不實測,我們甚至無法確定我們談論的物件是一個球面。

    生活在球面上的二維人,能任意的規定他們所在的二維空間中的幾何學嗎?如果能,他們人為規定的幾何也就是他們的空間座標系中的幾何,設這是一個平直的歐氏幾何,那麼,他們建立的平直的空間座標系,可以與他們所在的彎曲的球面不統一嗎?他們能認識到球面以外的空間的存在嗎?

    我認為,我們誰也不是二維人,我們對二維人究竟能建立起一個怎樣的座標系,建立起一個怎樣的座標系中的幾何,無法作出評判。甚至,“生活在球面上的二維人”這種描述是否恰當,也可能是個問題。把二維人限制在一個三維空間中的實際存在的平面或曲面上,認為他們無法離開這個平面或球面,無法認識別這個平面或球面之外的空間,僅僅是我們的想象,沒有任何依據。按照定義,他們是二維人,我們只能說,他們無法認識到第三維的存在,就像我們無法認識到第四維的存在。但我們卻能理解平直的三維空間和彎曲的三維空間的區別,並人為的規定了我們所在的空間中的幾何學。如果我們規定我們所在的空間是平直的,則實測出的所謂的“空間彎曲”,嚴格來說就不是空間彎曲,而是物質存在狀態或物質運動狀態的彎曲。同樣,二維人也應該能理解平直的二維空間和彎曲的二維空間的區別,並人為的規定他們所在的二維空間中的幾何學。

    我們可以把我們所在的三維空間中的情況類比到二維空間中去。在三維空間中,如果我們把無引力場時的光線規定為我們的標準直線,則我們就可以建立起一個平直的三維空間座標系,在該座標系中,我們透過測量發現,由標準直線所圍成的直角三角形符合勾股定理,這實際上是標準自己對自己的測量。這等於是我們人為的規定了座標系空間中的幾何為歐氏幾何。但是,我們透過測量,還會發現,某些原來認定的直線,不是作為標準的光線,拿到引力場中後,也會彎曲,這種彎曲是我們透過與我們的標準直線比較而測量出來的。這時,我們說,這種光線的彎曲,不是空間彎曲,而是具體的物質運動軌跡的彎曲。同樣,如果二維人也把無引力場時的光線規定為他們的標準直線,他們也就會建立起一個平直的二維空間座標系,他們以這個平直的座標系為標準進行測量,也許會發現,他們原來認定的一些直線,在某些情況下也會彎曲。他們沒有第三維的概念,無法發現第三維的存在,這時,他們該怎樣理解他們測量出的彎曲呢?我認為,他們把這種彎曲,也不應該理解為他們所在的二維空間彎曲了,而是應該理解為,那些構成這種彎曲的線條的物質,這種物質的存在方式或運動方式,因某種原因,如引力場的作用,而發生變化了。

  • 2 # 知足常樂282581308

    一維條碼二維平面三維立體這是數學原理。

    所以二維稱平面不稱空間,也不可能彎曲。

    中華古文化三生萬物,只有三維空間可以立體的彎曲的效果。

  • 3 # 星宇飄零2099

    其實我想說的是,諸如視介面、光子球層這類精確的臨介面都屬於二維空間,二維自然不存在我們通常意義上的實物,但是這些臨介面卻又是真實存在的。

    恰好,這樣的二維空間就可以用來回答題主這個問題:這種二維空間是彎曲成一個球面的形狀,如果是一個靜態球對稱的史瓦西黑洞的視介面和光子球層,將是一個標準的二維球面,在這個球面狀的二維空間裡,曲率各處相同最終完美閉合。

    但這樣理解就會讓人產生一種錯覺,就是二維空間彎曲需要一個三維的空間(黑洞)來使其彎曲。實際上並不是這樣,我們假設廣義相對論在二維空間成立,二維物面(不是物體)的存在能使周圍空間產生彎曲,那麼我們假設在二維空間每隔1km放置一個相同質量的物面,那麼物面將使其周圍的二維空間產生彎曲,雖然離物面越遠,空間彎曲的曲率越小,但並不為0,因此,在相同質量的物面均勻分佈的二維空間將整體發生彎曲,由於物面質量相同並且為正,因此產生的空間曲率也為正,這樣,即使只存在微小的曲率,但由於曲率始終為正,因此最終二維空間會彎曲並閉合為一個球面空間,這過程是不需要高維物體的,甚至不需要一個高維空間去容納它,因為這個二維空間只是空間彎曲了,自由度並沒有增加,空間依然是二維的,所以雖然這個二維空間彎曲閉合成一個球面,看起來像一個球體,但實際上並不是球體,因為空間自由度沒有增加。

    總結:彎曲的二維空間依然是二維空間,不會因為空間彎曲了就升維成三維空間,也不會因為空間彎曲而需要一個三維空間去容納它。只要平直的二維空間不需要三維空間容納,那麼彎曲的二維空間同樣不需要,開放的曲面不需要,閉合的球面同樣不需要。

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