最佳答案

【四維空間概念】 四維空間是一個時空的概念。簡單來說，任何具有四維的空間都可以被稱為“四維空間”。不過，日常生活所提及的“四維空間”，大多數(shù)都是指愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的“四維時空”概念。根據(jù)愛因斯坦的概念，我們的宇宙是由時間和空間構(gòu)成。時空的關(guān)系，是在空間的架構(gòu)上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸，而這條時間的軸是一條虛數(shù)值的軸。 根據(jù)愛因斯坦相對論所說：我們生活中所面對的三維空間加上時間構(gòu)成所謂四維空間。由于我們在地球上所感覺到的時間很慢，所以不會明顯的感覺到四維空間的存在，但一旦登上宇宙飛船或到達(dá)宇宙之中，使本身所在參照系的速度開始變快或開始接近光速時，我們能對比的找到時間的變化。如果你在時速接近光速的飛船里航行，你的生命會比在地球上的人要長很多。這里有一種勢場所在，物質(zhì)的能量會隨著速度的改變而改變。所以時間的變化及對比是以物質(zhì)的速度為參照系的。這就是時間為什么是四維空間的要素之一。 【解析四維空間】 什么是四維？現(xiàn)在的說法是三維空間加上時間這一維，構(gòu)成所謂的四維空間。然而，這種說法是一擊即破的。為什么？ 我們可以從二維來考慮。一個二維生物（如果有的話），他們考慮所謂的三維空間絕對和我們的三維空間不同——他們會把時間作為第三維，因為他們無法感受這一維的存在。同樣，我們現(xiàn)在也走進(jìn)了這個誤區(qū)，把時間算做第四維。可能四維生物看到我們在宣揚(yáng)這種思想時，也在為我們嘆息。那么時間算不算一維？在我看來，時間應(yīng)該是一維，即在多維生物本身的維度之外再加一維，構(gòu)成新的N+1維空間，而且這樣也有助于幫我們解決一些問題，也可以使我們對比三維維度更高的空間加深認(rèn)識。 有一個更新的構(gòu)想，即所有的維度都是由時間構(gòu)成，沒有時間，就沒有空間，包括最基本的一維空間。這應(yīng)該好理解，因為沒有時間，空間本身的存在就沒有任何意義，因為時空本身就是不能分割的整體。那么，為什么一種時間可以形成不同的維度空間？這里，我們可以把時間看成是一種可以分解的常量。時間可以分解，這一句話理解起來可能有點(diǎn)困難。但是，只要想通了道理也是很簡單的。要明白這個道理，首先必須了解兩點(diǎn)。第一是時空的不可分性，這一點(diǎn)估計大家都明白，離開了空間談時間，或者離開了時間談空間，都是毫無意義的。第二點(diǎn)是時間的多樣性，這一點(diǎn)了解起來可能有一點(diǎn)麻煩。在日常生活中，我們接觸到的都是時間的合成體，也就是各個分時間有機(jī)結(jié)合形成的一個總的時間體系。可能你們會覺得我是在狡辯，其實不是。只要你們換一個角度去想，一個結(jié)果，可能是幾個不同的原因形成的。就拿運(yùn)動來說，我們觀察到的一般都是幾個不同運(yùn)動產(chǎn)生的一種運(yùn)動的結(jié)合體，即合運(yùn)動。關(guān)于時間，我們也可以這樣去想。我們看到的時間結(jié)合體，可以是由物體運(yùn)動的時間，歷史時間（即經(jīng)歷時間）和其他的一些時間構(gòu)成。而運(yùn)動時間，我們又可以看成由上下運(yùn)動的時間，左右運(yùn)動的時間和前后運(yùn)動的時間。當(dāng)然，劃分方法是多樣的，這就構(gòu)成了時間的多樣性，至于如何去劃分，這就要由不同的情況而定。一部分時間對應(yīng)一段空間。在這個不完整的空間里，時間起到了決定性的作用。 我們之所以是三維生物，是以為這個維度的空間里只存在三維的時間。時間的不完整決定了空間的不完整。我們不能認(rèn)識其他維度的空間，是因為我們不具備在那個空間里面運(yùn)動的時間。時間的多樣性決定的空間的多樣性。同時，因為時間的不同分解方式，注定了我們的三維空間也是相對的，它可以被命名為一維，二維，甚至是任意維——完全取決于不同的分解方式。時間是決定維度的關(guān)鍵，同時，它也是決定低維物體高維存在方式的關(guān)鍵。 讓我們看看科學(xué)上的說法：低維是空間上讀缺陷，它們不具備在高維世界內(nèi)運(yùn)動的空間。關(guān)于這一點(diǎn)，有一個疑問，那就是我們怎么可以發(fā)現(xiàn)這個缺陷。我們認(rèn)為的低維不存在某一個空間長度，是因為我們無法確定它有那一個長度，也就是我們現(xiàn)在用最好的設(shè)備也無法觀察到那一個長度差。那么，將來呢？我們現(xiàn)在無法認(rèn)證，可能將來會有人證明那個低維物體確實屬于高維。因此，低維與高維并不存在所謂的空間差。那么，我們?nèi)绾螀^(qū)別高維與低維？很簡單，用時間。用時間去解釋任何一個緯度空間，我們也可以認(rèn)為，低維之所以比高維低級，是因為它們存在時間上的缺陷，它們無法在時間范疇內(nèi)感受高維的存在。所以，我們要去了解低維或者高維，先要知道它們存在的時間范圍。高維與低維之間可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，道理是很簡單的，只要加入或者去掉一個時間單位就可以了。然而說起來很容易，做起來卻很復(fù)雜，我們對時間的概念都是如此模糊，要想在空間范圍類實現(xiàn)時間的轉(zhuǎn)化就更困難。 對四維空間，一般人可能只是認(rèn)為在長、寬、高的軸上，再加上一根時間軸，但對于其具體情況，大部分的人仍知之甚少。有一位專家曾打過一個比方：讓我們先假設(shè)一些生活在二維空間的扁片人，他們只有平面概念。假如要將一個二維扁片人關(guān)起來，只消用線在他四周畫一個圈即可，這樣一來，在二維空間的范圍內(nèi)，他無論如何也走不出這個圈。現(xiàn)在我們這些生活在三維空間的人對其進(jìn)行“干涉”。我們只需從第三個方向（即從表示高度的那跟軸的方向），將二維人從圈中取出，再放回二維空間的其他地方即可。對我們這些三維人而言，四維空間的情況就與上述解釋十分類似。如果我們能克服四維空間，那么，在瞬間跨越三維空間的距離也不是不可能。 【物理世界的四維空間】 在數(shù)學(xué)上有各種多維空間，但目前為止，我們認(rèn)識的物理世界只是四維，即三維空間加一維時間。現(xiàn)代微觀物理學(xué)提到的高維空間是另一層意思，只有數(shù)學(xué)意義。 四維時空是構(gòu)成真實世界的最低維度，我們的世界恰好是四維，至于高維真實空間，至少現(xiàn)在我們還無法感知。我在一個帖子上說過一個例子，一把尺子在三維空間里（不含時間）轉(zhuǎn)動，其長度不變，但旋轉(zhuǎn)它時，它的各坐標(biāo)值均發(fā)生了變化，且坐標(biāo)之間是有聯(lián)系的。四維時空的意義就是時間是第四維坐標(biāo)，它與空間坐標(biāo)是有聯(lián)系的，也就是說時空是統(tǒng)一的，不可分割的整體，它們是一種“此消彼長”的關(guān)系。 四維時空不僅限于此，由質(zhì)能關(guān)系知，質(zhì)量和能量實際是一回事，質(zhì)量（或能量）并不是獨(dú)立的，而是與運(yùn)動狀態(tài)相關(guān)的，比如速度越大，質(zhì)量越大。在四維時空里，質(zhì)量（或能量）實際是四維動量的第四維分量，動量是描述物質(zhì)運(yùn)動的量，因此質(zhì)量與運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)就是理所當(dāng)然的了。在四維時空里，動量和能量實現(xiàn)了統(tǒng)一，稱為能量動量四矢。另外在四維時空里還定義了四維速度，四維加速度，四維力，電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是，電磁場方程組的四維形式更加完美，完全統(tǒng)一了電和磁，電場和磁場用一個統(tǒng)一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多，這說明我們的世界的確是四維的。可以說至少它比牛頓力學(xué)要完美的多。至少由它的完美性，我們不能對它妄加懷疑。 在狹義相對論中，時間與空間構(gòu)成了一個不可分割的整體——四維時空，能量與動量也構(gòu)成了一個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。在今后論及廣義相對論時我們還會看到，時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯(lián)系。

回答者：lx904152325ii2016-03-30 00:00