首頁>科學>

零零星星看到過很多關於多維空間的描述,但顯然是因為我讀書太少,以致一直沒有看到比較簡明扼要、通俗易懂的表述空間維度的定義。昨晚在瀏覽網路文章時看到有網友在討論多維空間,於是動腦子仔細想了想,覺得我可以用一句很簡單的話描述空間的維度。(如果已經有前人有過這樣的或類似的描述,請原諒我的孤陋寡聞。)描述很簡單,後面的解釋還是有些“燒腦”,因為這實在是一個本就很“燒腦”的事情。

我以為“空間”的維度即該空間中物體可以運動的方向數量

“零維空間”就是一個“點”,其間的物體無法向任何一個方向運動。

“一維空間”就是一條“線”,其間的物體只能在一個方向上運動,要麼前進,要麼後退。而且“一維空間”由無窮多個“零維空間”構成,其截面就是“零維空間”。螞蟻在一根線上爬行,就有點類似“一維空間”上物體的運動。

空間的“維度”就是該空間中物體可以運動的方向數量

“一維空間”彎曲時,兩個原本在“一維空間”不相鄰的“點(零維空間)”可以連線到一起,就像一根繩子彎過來打結一樣。這就是“一維空間”發生了“摺疊”。此時,物體就可以在這個因空間“摺疊”而發生相交的地方瞬間從一個點(零維空間)“穿越”到另一個點(另一個零維空間)。而在正常情況下這是不可能的。三維空間的智慧生物(人)可以任意準確地將一維空間中的兩個點“摺疊”到一起,就像人們打繩結一樣。

一維空間摺疊可以造成一維空間中物體的“穿越”

“二維空間”是一個面,其間的物體可以在兩個方向上運動。而且“二維空間”由無窮多個“一維空間”構成,其截面就是“一維空間”。螞蟻在一張巨大的紙上爬行就有點類似“二維空間”上物體的運動。

二維空間的截面是一個一維空間(線)

“二維空間”彎曲時,兩個原本在“二維空間”不相鄰的“線(一維空間)”可以連線到一起,就像一張紙彎過來可以在這張紙本身相交一樣。這就是“二維空間”發生了“摺疊”。此時,物體就可以在這個因空間“摺疊”而發生相交的地方瞬間從一條線(一維空間)“穿越”到另一條線(另一個一維空間)。而在正常情況下這是不可能的。三維空間的智慧生物(人)可以任意準確地將二維空間中的兩條線“摺疊”到一起,就像人們摺紙一樣。

二維空間摺疊時形成兩個不同的一維空間“重疊”的特異現象

“三維空間”是一個立體,其間的物體可以在三個方向運動。而且“三維空間”由無窮多個“二維空間”構成,其截面就是“二維空間”。我們人類的日常活動就是在“三維空間”的運動。我們不僅可以前後、左右運動,還可以上下運動。三維空間的“截面”是什麼?就是大家特別喜愛的照片啊!照片不是用一個“二維空間”擷取的“三維空間”的一個瞬間嗎?

三維空間的截面就是我們日常拍攝的照片

“三維空間”彎曲時,兩個原本在“三維空間”不相鄰的“時空”可以連線到一起,這就是“三維空間”發生了“摺疊”。此時,物體就可以在這個因空間“摺疊”而發生相交的地方瞬間從一個時空(三維空間)“穿越”到另一個時空(另一個三維空間)。科幻電影裡常見的“蟲洞”就是因為三維空間的“摺疊”而造成的,在正常情況下這是不可能的。

四維空間很難在三維空間形象地表示,用一個網上找的圖片

“四維空間”比我們生存的“三維空間”高一個維度,其間的物體可以在四個方向運動。而且“四維空間”由無窮多個“三維空間”構成,其截面就是“三維空間”。通常認為我們生存的“三維空間”加上“時間”就構成了“四維空間”。所以,生活在“四維空間”的生物(比如說人)除了像生存在三維空間中的我們一樣可以在前後、左右和上下運動以外,還可以在“時間軸”上向“之前”和“之後”運動,也就是可以進行“時空穿梭”。可以推論,四維空間的智慧生物(?)可以任意準確地將三維空間中的兩個時空“摺疊”到一起,就像人們所幻想的那樣在時空中任意“穿越”。

如果能夠進行“時空穿梭”,就相當於有了“後悔藥”。當覺得什麼事情不如意時,乘坐“時空穿梭機”返回到這個事情發生之前,重新再做一次就是了。人們看過的科幻電影裡,時空穿梭的故事已經非常非常多了。可惜我們不是生存在“四維空間”,所以時空穿梭是無法實現的。

由以上所述類推,可以推論出“N維空間”中的物體可以在N個方向運動。而且“N維空間”由無窮多個“N-1維空間”構成,其截面就是“N-1維空間”。“N維空間”的智慧生物(?)可以任意準確地將 N-1 以及以下低維空間中的兩個空間“摺疊”到一起。只是“四維空間”以上的多維空間我們難以想象和形象地描述。

19
最新評論
  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 你知道嗎?2萬種動物的命運掌握在我們的“嘴”上