维度是什么?5分钟带你了解0维到10维时空

今天我们来讨论维度,好的先来重温一下,我们一般人更容易理解的0维到3维
隐喻曲线背景Metaphorical Curves background
0维0维一般的我们认为它是一个点没有任何方向可言,它就是一个点一个我们能理解维度的最小单位 。
1维1维我们都知道是一条直线,严格来说应该是0维的两个不同位置的两个点然后我们连接这两个点所形成的直线 。它由无数的0维点所组成,我们称之为1维,它使得0维的点具有了一个唯一的方向,我们称之为长度 。这样就使得我们将两个没有意义的两个0维的点连接了起来,赋予了它唯一长度或方向的意义 。
2维2维即一个“面”,想象一下1维的一条直线它只拥有一个方向,实际上我们都知道这样的方向有无数个,只要我们愿意就可以链接任意两个0维的点,我们就可以得到任意的直线和方向 。那么所有直线所组成的空间我们称之为平面即2维,此时2维空间具有了长度和宽度 。
3维3维即“体”也是我们最为了解的空间,我们这个世界就是有3维空间组成 。好的现在我们想象一下刚才的2维空间他具有长度和宽度,实际上在我们3维世界的人来看过平面外也是可以组成无数条的直线,那么这些无数条的直线也可以组成无数的平面,此时这些无数的平面所组成的空间我们称之为3维,此时3维空间具有了长度宽度和高度也是我们最能理解的空间 。这里需要说明一下,这里4维或4维以上讨论的维度是物理上面维度时空,和数学上面的维度是完全不同的概念,数学上面的维度是一种数学模型理,论上是可以扩展到N维空间 。这里我们稍微扩展一下思维,一般的认为N-1维空间是N维空间在N-1维空间的投影或者我们直接理解为截面,即3维空间我们如果我们看它的截面是一个2维平面,2维平面的截面是1维直线,1维直线的截面是0维点 。我们无法理解超过3维的空间是怎样的空间或者图像,就好像我们无法在3维空间作出相互垂直的4条坐标轴一样,更别提4维以上的空间了 。但实际上我们虽然无法理解但数学模型上,可我们还是可以扩展到N维空间,虽然它们有着奇奇怪怪的性质但不妨碍数学家们对它们的研究 。好了这里说了这么多我就不赘述了,感兴趣的朋友可以去参考数学模型上面的高维空间 。
4维时空4维时空即3维空间加1维的时间,也是构成我们这个真实世界的最低维度 。实际上我们的现实世界就是由4维时空组成,除此之外更高的维度我们无法察觉 。4维时空中空间和时间交织在一起缺一不可,相互之间连续且有着某种联系 。4维时空中多出来的时间维度,用于储存不同时刻连续的3维空间 。我们可以这样来理解,想象一下一个球从一个地方移动到另一个地方,这个球从起点移动到终点,所经历的所有时间和空间的所有集合,即每一个时间所对应这颗球所移动到的相应空间的完整信息,我们称之为4维时空 。再比如一个新鲜的苹果放置一段时间我们不去管它,它会随着时间的流逝慢慢地开始腐败,而从最初的新鲜到最后的腐败这个过程的完整的记录 。还有其他类似的比如,一个玻璃杯从最初的完好无损到掉在地下打碎的过程,一个人从出生到死亡的所有经历的时间和空间等等 。是不是感觉和你正在从手机上或者电脑上看的视频很像,一个人从出生到死亡的所有经历的时间和空间,我们把它想象成一个视频从这个人出生时间开始播放,一直播放到这个人最后死亡为止,而视频播放的内容就是每一个时刻的帧,只不过这里帧保存的是空间和物质状态,刚好对应着我们现实世界的现在的此时此刻 。而我们只能往前不断地经历此时此刻,哪怕是让我们观察现实前1秒或后1秒也是我们望尘莫及的 。相当于我们无法调整在这个现实世界视频的进度条,即便我们能感觉到时间在往前不断地流逝 。就像刚才的苹果的腐烂过程,虽然我们确实是能经历或观察苹果从新鲜到腐败的过程,但我们无法在这个过程中来回切换地观察苹果,冥冥之中好像有无形的力量,让我们目前是无法跨越这道鸿沟,这个就是我们生活在这个4维时空的3维生物的局限性,无法观察到更高维时空的例子 。即低维度是无法观察或察觉到更高维度的事实,我们之所以能理解0维1维2维3维,是因为我们本身就在3维空间,而我们本身就具备或理解比我们维度更低的空间 。想象一下生活在2维时空的生命体,此时有一个3维的球体经过它所在的平面空间,对他来说观察到的只是一条变长然后又变短,最后完全消失的线段而已 。正是因为它无法观察到额外的“高度”维,虽然它无法观察“高度”维,但还是能感受到3维球体的截面线段 。而对于我们生活在4维时空的3维空间生命体而言,这个截面就是时间的截面空间状态,即我们现实世界不断经历的现在的此时此刻,我们能无法观察但能感觉到它,所以,4维生命体拥有感知时间的能力 。

推荐阅读