我的生活随笔

什么是一维二维三维四维空间图解(分别是什么意思)

  早在公元前300年,古希腊数学家欧几里得就建立了角和空间中距离之间联系的法则,也就是欧几里德几何。

  后世数学家发现,这种数学空间可以被扩展,进而应用到任何有限维度,因此它被称之为“?n?维欧几里德空间”。

  在物理学中,“维”代表参数,零维是点、一维是直线、二维是面、三维是体。简单来说,二维就相当于一个圆,三维就是一个球,四维则是“折叠体”。

  俄裔德国数学家闵可夫斯基,曾在1909年提出了“闵可夫斯基空间”的概念,这是由一个时间维和三个空间维组成的时空,也就是经典的“3+1”时空。

  但是,他的说法却在后来被否定了,原因很简单,时间是粒子运动的结果,也是宇宙诞生的概念,时空并不能和空间划等号。

  此外,德国科学家乔治·波恩哈德·黎曼在《论几何基础假说》中,也只是提出四维空间的存在,并没有能力证明。

  麦比乌斯曾在《重心的计算》中指出,在三维空间中两个互为镜像的图形是不能重叠的,而在四维空间中却能叠合起来。

  众所周知,在三维空间中有实体一说,比如篮球、电视、房屋之类的,它们是真实存在的,根本无法依靠简单的“平移”就合二为一,但是在四维空间,这种情况也许能轻易实现。

  虚数的诞生是探索四维空间的一个里程碑,数学家将其作为直线上的一个定向距离,在此基础上,他们又把复数当作平面上的一个点或向量,这种解释方法,后世称之为“四元数”。

  1844年,格拉斯曼在四元数的启发下,发表了《线性扩张》一文。后来,他又在1862年将其修订为《扩张论》,在他的理论指导下,几何学逐渐从物理学中割裂出来,开始独立发展。

  如果用拓补解释四维空间的话,则会很简单:它均匀包裹三维空间,使其与空间外一点保持相等距离,每条测地线都围绕该点一周后闭合。

  换句话来说,在四维“折叠体”内部,存在一个有限无边界的三维空间,有限是指这个空间没在四维空间上无限延伸;无边界是指三维空间均匀散布在四维“折叠体”表面,没有任何断层或裂缝,光滑如镜。

  另外,还有一种更简单的办法表达四维空间,大家都知道,一张纸在二维空间内无法折叠,但在三维空间内却可以;那么,一个房子在三维空间无法折叠,那么在四维空间也许就可以。

  所以,“折叠体”才是四维空间的闭合,它折叠了无数个三维空间,就像电影中的“穿墙术”一样。如果未来有一天,一个来自四维空间的人“嗖”地一下穿过了墙,大家也不要太过惊讶。

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