学术-物理-维空间：五维空间

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五维空间 时间一维、层次一维、传统三维空间统一的空间。五维空间是宇宙任何事物存在的基本属性。

五维空间是一个包含五个维度的空间。以物理学的角度来说，五维空间的维度比日常生活中所提到的三维空间以及相对论中的四维空间还要多。五维空间是一种经常在数学中出现的抽象概念。在物理学和数学中，N数字的序列可以理解为表示N维欧几里得空间中的位置。宇宙的维度是否为五维同时也是个辩论的话题。

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中文名：五维空间外文名：Fifth-dimensional space应用学科：自然科学，数学，

适用领域范围：物理学、宇宙学、数学、哲学相关术语：n维空间定义：包含五个维度的空间

1 定义
2 释义
3 五维空间理论
4 五维空间方法
5 五维空间模式
6 物理学发展的自然历史过程
7 科学发展史的证明
8 特征
9 存在性
10 表示方法
11 物理维度
12 维度规律
▪ 三维
▪ 高维模型
▪ 六维空间
▪ 七维空间
▪ 八维空间
13 时速论
14 几何表示
▪ 多胞形
▪ 超球体

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定义

五维空间时间一维、层次一维、传统三维空间统一的空间。五维空间是宇宙任何事物存在的基本属性。

释义

传统物理学的空间概念，就是立体三维空间。自从爱因斯坦相对论问世以来，空间和时间就是不可分割的整体。爱因斯坦相对论认为，空间和时间可以相互转化，时间是空间的另一种方式，因而传统的三维空间加上一维时间，成了四维空间。根据系统论，任何系统都是有层次的。这个层次不仅是传统物理三维空间中的高度，或可用感官把握的不同的物理层面，而且狭义上指事物的不同深度的本质。它虽然只有通过人的抽象思维来把握，然而却是外界事物的客观存在。同时，这种不同层次的本质也可以随着时间的推移，而演变成事物发展的不同阶段，成为人们感官可以把握的新的物理三维空间。因此，四维空间还应加上层次一维。

五维空间理论

时间、传统三维空间、层次统一的空间理论，是继传统物理学三维空间观、爱因斯坦相对论四维空间观后空间观发展的新的里程碑。

五维空间方法

五维空间架构中时间、空间、层次相互对称相互转化的方法。

时间、空间、层次统一的五维空间关系是宇宙事物存在的基本属性，世界上的任何事物都是以五维空间结构存在；这五维空间的结构不是静态的，而是动态的，时间、空间、层次维度不是孤立的而是相互转化的，事物就是通过这五维空间的相互转化来实现发展的。五维空间结构的对称分析方法是认识事物必备的基本方法。

五维空间模式

根据五维空间理论和方法建构起来的模型与发展模式。

五维空间即时间、空间、层次的统一。在五维空间宇宙观中，时间、空间、层次是对称的。对称空间观是五维空间观的本质，五维空间观是对称空间观的展开。所以对称空间观就是五维空间观。

物理学发展的自然历史过程

从三度空间观到四度空间观到五维空间观，是物理学发展的自然历史过程。

五维空间观得到了最新物理学的支持。非线性思维方式的形成、物质的分立结构与量子现象，为五维空间的理论和方法提供了可能的空间基础。当代基础物理学理论的核心问题，是破除空间时间连续性的经典观念，而代之以断续性的量子思想。二十世纪物理学的一个重要标志性成果，就是把自然界物质最基本的组成物，归结为36种夸克，12种轻子，13种规范粒子。以上36种夸克，12种轻子，13种规范粒子已经成为当今时代所认识的61种新的“基本粒子”。所有“基本粒子”的运动，仍然遵循着二十世纪物理学革命后所建立的量子规律（基本粒子遵循的量子规律称为量子场论）。这一规律的特征是粒子在空间中的位置、运动状态不是确定的，而是呈不连续的量子态。量子跃迁证明了空间维度不可分割。近年来兴起的宇宙全息统一论认为：“每一空间量子也都是包含着整个物质世界的信息”，“任一相对的独立的部分都是整体的一个缩影。”如果宇宙是全息的，那么任何一个微观粒子也就应是五维的，五维空间的真实性没有例外。如果我们把主客体看成本来就是同属于不可分的统一的空间架构中，那么在量子世界中看来不可解决的一系列难题，如微观世界到底是粒子、波、场还是弦，物质是构成的还是生成的、连续的还是无限可分的，都可迎刃而解。世界本来就是你所看到的，主客体的相互关系不是认识世界的障碍，而就是世界的本来面貌；追究离开主体的客体的本来面目是不可能的，也是没有意义的；关键在于观察者视觉的稳定性、一致性，思考者逻辑的自洽性。

无论是相对论还是量子力学，其中主观与客观、主体与客体、意识与物质之间都有着千丝万缕、剪不断理还乱的关系。这本身就说明，用包含意识空间在内、把意识空间与物质空间统一起来的五维空间观来代替相对论的四度空间观有必然性。五维空间观是四度空间观发展的必然结果。量子理论是爱因斯坦相对论四度空间理论向五维空间理论转化的中间环节。

五维空间的方法是空间性、历时性和层次性相统一的方法。五维空间方法是逻辑与历史一致、还原论与整体论统一。

科学发展史的证明

五维空间方法也得到了科学发展史的证明：在自然科学领域：地质矿石的空间排列，可以反映出地质从本质到现象演化的时间历史。各种自然力的空间排列，可以反映出自然力从本质到现象演化的时间历史。各种无机物、有机物的空间排列，可以反映出自然界无机物从本质到现象演化的时间历史，有机物从本质到现象演化的时间历史，从无机物向有机物从本质到现象演化的时间历史。生物科学的空间排列，可以反映出生物从本质到现象演化的时间历史。在社会科学领域，不同社会文明的空间排列，反映了社会文明从本质到现象发展的时间历史。在意识科学领域，不同学科、同一学科中不同学派的空间排列，反映了人类知识、各学科发展从本质到现象的时间历史。

五维空间不仅是方法，而且是模式，它更全面更系统地揭示了事物的本质和结构。从五维空间观看来，概念和概念体系是客体的本质和规律的反映；从主客体统一的系统来讲，概念和概念体系作为科学本质和科学规律，本身就是事物的本质和规律的一环。科学本质和客观本质的对称、科学规律和客观规律的对称，就是主客体相互关系——认识关系和实践关系的结构与模式。

特征

主体性：空间认识的主体和客体不可分。这种不可分不仅仅是认识论意义上的，而且是本体论意义上的。空间认识的主体和客体不可分是空间不可分割的组成部分。

整体性：空间发展的基本线索，从纵向来看，是空间的起源、空间的发展、空间发展的动力；从层次来看，分为宇观空间、宏观空间、微观空间三大层次；从性质来看，分为自然、社会、意识三大类，自然又分为非生命与生命两大类型。科学的空间理论，必须对空间发展的不同阶段、不同层面、不同类型作出统一的说明。空间包括自然、社会、意识空间。从整体来看，自然、社会、意识是宇宙空间的不可分割的组成部分；从具体来看，自然、社会、意识各自都有自己的空间。完整的空间理论既包含对宇宙整体空间的把握，又必须对自然、社会、意识这三大领域的空间作出科学的、有说服力的说明。在五维空间观看来，离开意识和社会空间，自然空间不能得到科学的说明。空间观不包含社会空间观，把社会空间看成不属于宇宙空间的另类空间，既是不完整的空间理论，又是不科学的社会理论。

全息性：五维空间的各个维是有机统一的，它们不但不可分割，而且可以相互转化。正像四度空间的各个维之间的相互关系一样。只不过五维空间观使这种转化更加自觉，在实践中也更具有操作性。五维空间的各维之间的关系是全息关系，它们之间的区别只有在思维的抽象中才能存在，在现实中它们是紧密不可分的。在思维的具体（包括形象思维具体和抽象思维具体）中它们又复归于一个有机联系的整体。

系统性：使不同的空间观、宇宙空间的不同层面的解释得以有序化、系统化，相互说明，相互协调，从而使宇宙空间的不同层面、不同部分得到完整的把握。

兼容性：五维空间观可以使迄今为止的所有空间理论得以综合，使它们在五维空间观体系中得以合理定位。分度空间的认识方法，是一种非线性思维的方法。以分形（Fractal）、孤子（Soliton）、混沌(Chaos)等为主要特征的非线性科学是继相对论、量子力学之后“又一次科学革命”；非线性科学是研究非线性现象共性问题的一门新兴的交叉学科，它的产生标志着人类认识由线性领域进入了非线性领域。非线性科学揭示出来的新事实、新特点和新规律，对人们的思维方式具有重大影响。分度空间理论（弦理论）也说明客观存在的（甚至作为物理意义的图形本身）点、线、面，无一不是五维空间（本质维+时间维+物体三维）。无论是宏观物体，还是微观物体；无论是波、粒还是弦，都是五维空间。只有五维空间理论，才能科学地解释分度空间理论（弦理论）。分度空间理论从逻辑上确证了五维空间的理论，分度空间理论（弦理论）也是传统四度空间理论向五维空间理论转化的中间环节。

基础性：宇宙空间和自然空间、社会空间、意识空间、虚拟空间的关系，社会空间和某一历史时期、某一区域空间的关系，是本质和现象、整体和部分、一般和特殊的关系。本质决定现象、整体制约部分、一般说明特殊。研究社会这一特定领域的空间、和谐社会这一特定的社会空间、和谐经济这一特定的和谐社会的空间，必须以一般的五维空间理论为基础。

五维空间，fifth-dimensional space，空间是一个集合，最基本的元素是点，点的集合是线面体，线面体运动产生了三维体，三维体的运动产生了时间，以此类推。简单的说五维就是由于四维运动产生，假设四维空间可以对折，那么对折后的那部分所谓的无，就会由于四维的运动而给填补。

根据爱因斯坦的狭义相对论，特别是其中提出的钟尺缩论断。当一个物体运动速度接近光速时，物体周围的时间会迅速减慢、空间会迅速缩小。当物体运动速度等于光速时，时间就会停止、空间就会微缩为点，也就是说出现零时空。当物体运动速度超过光速时，时间就会出现倒流即所谓负时间；空间也会相应回到过去空间，也就是所谓的负空间，这时该物体就进入了负时空，即时空倒流或时空倒转，从而该物体就实现了瞬间移动。

存在性

爱因斯坦广义相对论本身预言了：空间－时间在大爆炸奇点处开始，并会在大挤压奇点处（如果整个宇宙坍缩的话）或在黑洞中的一个奇点处（如果一个局部区域，譬如恒星要坍缩的话）结束。广义相对论本身不能解释这些特征或回答这些问题，因为它预言，在大爆炸奇点宇宙是从无限密度开始的。在奇点处，广义相对论和所有其他物理定律都失效：人们不能预言从奇点会出来什么。正如以前解释的，这表明我们可以从这理论中除去大爆炸奇点和任何先于它的事件，因为它们对我们没有任何观测效应。空间－时间就会有边界——大爆炸处的开端。时间和空间在大爆炸开始，在大挤压终结，那么在这个过程当中，整个宇宙就存在一个完整的四维空间，时间和空间从开始再到时间和空间结束，时间和空间就在整个宇宙当中留下了一个长长的时间和空间轨迹，那么这个时间和空间留下的轨迹我们就称之为时空，那么什么是时空隧道（假设时空隧道是存在）呢？我定义为：时间和空间就在整个宇宙当中留下了一个长长的时间和空间轨迹，再次经过时间而留下的一个长长的双重时间的通道。

表示方法

我们用空间直角坐标系来表示五维空间时，空间时间各为横轴和纵轴，再加上速度为竖轴，即可形成五维空间参照系。在该参照系中，时间和空间的坐标轴不仅有正轴，还有负轴，同时还包含原点在内。时间和空间在五维空间参照系中存在时间—空间距离，即正负时间和正负空间之间有几何距离关系（至少在坐标系中理论是这样的）。

物理维度

事实上的物理维度是多样的，我们熟知的是三个空间维度和一个常听说的时间维度。物理中的维度是从数学上定义的。而空间维度应当只有三维。零维向任意方向(方向是任意的)生长就形成了一维线(直线)，一维线沿法线方向(方向在一个平面内，所以是法平面,是二维的)生长就形成二维面，同理，二维面沿法线方向(方向固定了，在一直线上)生长得到三维体。而三维体在空间上已经没有生长可能，用推论法可知，零维点有三维体为生长方向，一维线有二维平面为生长方向，二维平面有一维线为生长方向。生长方向随空间维度的升高而递减。三维体的生长维数为零。所以三维空间不可能生长成四维空间，四维的称为时空，时间维度是独立在空间维度之外的物理维度。而这样的制造是可以科幻一下的。然而也还是幻的成份多一点。因为不同维度的能量显然是不能交换的，否则永动机就真是有根有据啦。

线是一维的，参数是点。

面是二维的，参数是线。

体是三维的，参数是面。

以此类推，以体为参数构成的空间就是四维空间，通常理解为时空，从很多书中可以看到类似的说法。

那么以时空为参数构成的空间应该就是五维空间，我们人类能够感知的只有4维了。

（第四个维度至今难以定论，但是我们初步认为它是时间。）

维度规律

发现一个规律：

五维空间

一维的东西能够容纳所谓的零维（直线是由点构成）；二维的东西能够容纳一维（纸上可以画条直线）；

三维的东西能够容纳二维（盒子里放个纸片，但大盒子里也能装小盒子）；

那么四维的东西就理所当然的能够容纳3维了。我们人体算3维的，身边的事物也是。这个世界也可以看做三维的，但是我们无法感知到容纳我们的四维。

三维

三维是指在平面二维系中又加入了一个方向向量构成的空间系。

所谓三维，按大众理论来讲，只是人为规定的互相交错（垂直是一个很有特性的理解）的三个方向，用这个三维坐标，看起来可以把整个世界任意一点的位置确定下来。原来，三维是为了确定位置。

三维既是坐标轴的三个轴，即x轴、y轴、z轴，其中x表示左右空间，y表示上下空间，z表示前后空间，这样就形成了人的视觉立体感，三维动画就是由三维制作软件制作出来的立体动画，实现再发展的趋势。

所谓的三维空间是指我们所处的空间,可以理解为有前后--上下--左右如果把时间当作一种物质存在的话再加上时间就是四维空间了。但是不能理解为，你可以在时间里任意往来回到过去，只是应该理解为"刚才"和"现在"是不同的物质存在，可是你不可能回到"刚才"和"过去" 。

三维是由二维组成的，二维即只存在两个方向的交错，将一个二维和一个一维叠合在一起就得到了三维。

三维具有立体性，但我们俗语常说的前后，左右，上下都只是相对于观察的视点来说。没有绝对的前后，左右，上下。

三维技术主要多运用于动漫产业，我国三维动画主要有《探索地球村》（据说是中国第一部三维动画），《魔比斯环》等。

高维模型

四维以上的，属于高维模型。高维模型，在数学和物理学中有不同的定义。在数学上，多维有很多模型。理论上，维数可以很高，模型很多。但是满足“交换不变”这一性质的很少。所以，有人认为四维空间是物理维度的上限。但是，也有人认为会有更高物理维数。不断进行思考，这有益智力。因为受到物理条件的约束，因此尽管在数学上，多维有很多模型，可是在物理理论上，维数不可以很高。为了解释宇宙的有限无边的性质，我们必须引入多维的概念，一般是四维时空（一对相对组成性质），也有一些其它有限可数的维数，而在物理上成立的模型不多，其思考难度很大，因为这要受到物理现象的约束。

六维空间

如果真的有六维空间存在,那么爱因斯坦的“广义相对论”就显示了其理论自身的不完善。对于人类而言，我们习惯了三维空间的概念，如何能想象和接受六维空间？以水管为例说，当人们站在这根水管的正面看时，水管就是一条直线，我们就只看到了它的前后，它就是一维的。当人们站在一个平面里，看这根水管，就能看到水管的上下左右，那么人们就看到了它就是二维的。当人们在一个立体的空间里看这个水管，它的前后、左右、上下都收纳在我们的眼中，那么它就是三维的。

可如果人们把这根水管放在两维的平面中，然后又把这个两维的平面放在三维空间中，那么会是什么样的呢？于是，科学家把水管想象成像一根头发丝那样细,细到无限。科学家认为，六个“隐藏”的空间维度，以极其微小的几何形状，卷曲在我们宇宙的每一个点中。

这种观察六维形状的方法之所以被发表在《物理评论快报》上，是因为这种方法能证明通过实验数据来观察这些难以捉摸的维度形状特征是可行的。同时，六维空间的存在也是证实“超弦理论”的主要方面。

七维空间

根据90年代提出的M理论（超弦理论的一种），宇宙是十一维的，由震动的平面构成的。在爱因斯坦那里，宇宙只是四维的（三维空间和一维时间），现代物理学则认为还有七维空间我们看不见。

打一个比方：一只蚂蚁在一张纸上行走，它只能向右或向左，向前或向后走。对它来说高与低均无意义，这就是说，第3维的空间是存在的，但没有被蚂蚁所认识。同样，我们的世界是由四维构成的（三个空间维，一个时间维），但我们没有觉察到所有其他的维。

根据物理学家的看法还应该有7个维。尽管有这么多的维，但这些

五维空间的运用

维是看不见的，它们自身卷在了一起，被称为压缩的维。为了弄清这种看法，让我们再以蚂蚁为例展开我们的想象。我们可以设想一下，将蚂蚁在上面行走的那张纸卷起来，直到卷成一个圆筒形。如果蚂蚁沿着的纸壁走，最后它又会回到出发点，这就是压缩维的一个例子。如果能沿着著名的莫比乌斯带走，也会发生上述现象，当然，它是3维的，但如果沿着它走过，总是会回到出发点的。莫比乌斯带从维的角度讲是压缩的，按照物理学它有3个维，但谁在上面行走，都只能认知人一个维。如果蚂蚁不是沿着纸筒弯曲的壁行走，它就永远不会返回到原出发点。这就是二维（或者说被我们所感知的那种维）的例子，沿着它一直走，就不可能返回到原来的出发点。

八维空间

现代物理学界公认的理论是八维空间，分为X维（物体的长）、Y维（物体的宽）、Z维（物体的高）、时间维、重力维、电磁力维、万有引力维、万有斥力维。这一理论由德国物理学家巴克哈德海姆于1957年创立，随后由其本人进一步地发展与完善，并得到了一些新的成果，其中之一就是总结出了一系列计算基本粒子质量的方程式。1977年他将方程发表，但由于太复杂，竟没几个物理学家看得懂，后来经实验证明了其正确性。由于他的理论多用德语发表，所以大部分物理学家都认为这些论点晦涩难懂，不知所云，感到丈二和尚摸不着头脑。1980年，海姆的理论引起了奥地利物理学家沃尔特德吕舍尔的注意，他仔细研究后，对理论作了详尽的解释，并进一步完善，于是就有了今天公认的海姆－德吕舍尔空间，即一种八维的宇宙空间结构（我们就处于这一空间内）。

在划定四维以上时，还有我们很多解释不了的地方，高维模型也是相当难完成。

时速论

爱因斯坦的相对论把时间与空间联系起来了。认为物理的现实世界是各个事件组成的，每个事件由四个数来描述。这四个数就是它的时空坐标t和x、y、z，它们构成一个四维的刚性连续时空，通常称为明可夫基里平直时空。在相对论中，用四维方式来考察物理的现实世界是很自然的。而时速论把空间与时间、速度联系起来了。认为物理的现实世界是各个事件组成的，每个事件由五个数来描述。这五个数就是它的时空坐标t、v和x、y、z，它们构成一个五维的连续时空，通常称为时速时空。在时速论中，用五维方式来考察物理的现实世界是很自然的。时速论导致的另一个重要的结果是关于宇宙空间和时间时速的关系。在以前，物理学家一直认为宇宙空间和我们感受到的物体空间是一样的，它们是就是宇宙空间的量。在时速论中空间与速度时间密不可分，然后结合为一个定律。他给出了一个五维空间公式：S=Vkt，其中V为物体的空间体积，k是物体运动的速度，t为物体运动的时间。于是质量只是可以看作是它的空间大小的量度。计算表明，宇宙的空间是在不断的膨胀。

还是用相对论的一个例子来理解，我们知道一把尺子静止的时候是在三维（长宽高）空间里，但你原地旋转它时，它的各坐标值均发生了变化，且坐标这就是四维的时间维度，而我们让尺子一边转一边以一定的速度往上拿起来，我们会看到尺子的运动轨迹是螺旋的，而这正是我们所说的五维——速度维度。

对于引入的这些全新的概念，大部分物理学家，其中包括相对论研究学者，都觉得难以接受。旧的思想方法的障碍，使这一新的物理理论在没有找到验证办法之前一直被认为不是科学思想，直到推导出了可验证的公式才发表出来。

验证：

1．与相对论公式算GPS相对时间符合

去除时速论公式里面密度误差与相对论里面速度计算的误差，带入时速论时间公式（ρh)^-2/c得到的结果是0.0000418647秒，约等于42微秒，而用相对论计算卫星的时间变化是0.000038秒，就是38微秒，在误差允许的情况下，得到的这个结果或许不是一个巧合。

2.北极的时间要比南极的时间走得慢

几何表示

根据克莱茵的定义， "几何在其自身内的变换下，是对于时空不变性质的研究。"。因此，第五维的几何学研究了这种时空的不变性，当我们在它内部移动时，用形式方程表示。

多胞形

在五维或著是更高的维度中，只有三个正多胞形存在。在五维空间中，它们分别是`:

五维正六胞体，是单纯形家族中的其中一个，有六个顶点, 十五条边, 二十个面 (皆为正三角形), 十五个胞 (皆为正四面体), 以及六个超胞（皆为正五胞体）。
五维正十胞体，是超方形家族中的其中一个，有三十二个顶点，八十条边，八十个面 (皆为正方形)，四十个胞 (皆为正六面体), 以及十个超胞（皆为正八胞体)。
五维正三十二胞体，是正轴形家族中的其中一个，有十个顶点，四十条边，八十个面 (皆为正三角形), 八十个胞（皆为正四面体）,以及三十二个超胞(皆为正五胞体)。

一个第四种的多胞形，一个半超方形, 可以经由五维超正方体交错后得到，称为五维半超方形拥有一半的顶点（十六个），而超胞则是由正五胞体和正十六胞体所组成。

超球体

在五维空间中的超球体（同时也被叫做4-球，因为它的表面是四维的）所有在其超球面上的点到超球体的中心点P的距离R都相等。其超表面封闭的状况下，超体积公式为：

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https://baike.baidu.com/item/五维空间/3795213

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作者：ylbtech
出处：http://ylbtech.cnblogs.com/
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