学术-物理-维空间：维空间

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根据90年代提出的M理论（超弦理论的一种），宇宙是11维的，由震动的平面构成的。在爱因斯坦那里，宇宙只是4维的（3维空间和1维时间），现代物理学则认为还有7维空间甚至21维空间，只是我们看不见。

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中文名：维空间名词类型：定义概念

名词领域：理论物理学涉及理论：超弦理论

简介

点是零维的，无参数

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

那么以体为参数构成的空间应该就是四维空间。

以体为参数构成的时空应该就是四维时空（三维空间加一维时间）。

四维时空在科幻中好像是要联系到黑洞、虫洞这些东西，比较难理解。我们人类能够感知的只有三维了。

其中规律

你有没有发现这个规律：

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）

那么四维的东西就理所当然的容纳三维了。我们人体算三维的。我们的世界就是四维了，为什么是四维的呢？因为我们的世界有这样四个元素：长宽高和时间。

有没有五维的? 就是说能够容纳我们世界的介质？那得看看我们这个世界的外面是什么了，这个宇宙的外面是什么了。

起源

一维、二维、三维空间最早源于数学概念研究。数学家们，想使度量能规范化、严格化、整体化、普适化，所以定义各种一维、二维、三维、四维空间与其它多维空间。

在其中生成了拓扑学分支，去看看最新的基础几何拓扑学，你会有很大的收获。如果，你看代数拓扑学书籍，则难度大又浪费时间。如果，你只是要了解，那么就看看介绍一维、二维、三维、四维空间与以上维空间的科普书籍就完全足够，也可速成。有时合适的科普书籍，介绍的理论容易懂又很深，一些专业书籍反而难度不够。

高维模型

四维空间与以上，属于高维模型。

科学家们对我们已认知的维与可能存在但未被认知的维之间的区别是如何解释的呢？他们打了一个比方：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4维构成的（3个空间维，1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像。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。麦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。这就有点像左图上的人：上行或者下行，但永远不会走到尽头。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2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。

数学概念

在数学上，多维有很多模型。理论上，维数可以很高。模型很多。但是满足交换不变性质的很少，所以，有人认为四维空间是物理上限。但是，也有人认为会有更高维数物理。去思考，有益智力，因为只受到数学条件约束。

物理概念

在物理上，多维有很多模型。理论上，维数不可以很高。为了解释，宇宙整体的有限无边的性质，必须引入多维，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，可能在物理上成立的模型不多。去思考难度很大，因为要受到物理现象的约束

一：零维，一维，二维，三维。

零维度空间是一个点，无限小的点，不占任何空间，点就是零维空间。当无数点集合排列之后，形成了线，直线就是一维空间，无数的线构成了一个平面，平面就是二维空间。无数的平面并列构成了三维空间，也就是立体的空间

二：第四维：时间

三维的世界是静止的，当三维世界以时间为基准发生变化时，四维空间就产生了，如果把时间看作一根轴线，则这个轴线上的任意一个点，都是一个三维空间，也就是说无数个三维空间依据时间轴线集合，构成了四维空间。

在四维空间中，时间呈线性进行，虽然未来不可预测，但源头只有一个，将来也只有一个，不管下一秒将发生什么，即将发生的未来只有一个。

同样，忽略了三维属性后，我们将会发现，任意一个四维物体在时间轴上都表现为一条线段。

三：第五维：时间平面

假设无数的时间轴线集合起来，会构成什么呢？

一个时间平面。这个时间平面就是五维空间，它是由无数个四维空间根据某一轴线集合而成的。

但是，请不要问这条轴线的标准是什么，因为人类是一个四维的生命体，人类无法为一个我们人类根本观察不到的现象制订标准。

但是我们可以想象，一个五维空间的物体，应该是跨越不同时间轴线的。在任意一个时间轴线上，你只能观察到它的一部分。

四：时间轴线间的跳跃

假设说一个四维生命体想要跳跃到其他时间轴线上，那么它就必须先成为一个五维的生命体，很显然，在跳跃的过程中，它会同时出现在两条时间轴线上，这时它已符合了五维生命体的要求。

这个事实用另一句话来表述就是：在四维空间中，时间是线性的，方向和进程不可改变。只有在五维空间中，你可以改变时间的方向和进程。

所以，与其说你改变了历史，不如说你改变了自己当前所处的时间轴线。

五：怎样寻找更多维的空间？

空间是无限维的，但是我们怎么样才能寻找到概念上多维空间呢？用你的大脑去想一下：

以"维"作为空间的参照标准，我们可以想像得到，一维空间是一条无限长的直线。

二维空间，我们可以想像得到，第二条维是与第一条维相垂直的直线，在纸上我们就可以画出，而且再也无法找到第三条与这两条垂直的直线，这就是一个平面。

三维空间，也就是我们的空间，很容易看出，其实还有一条线可以与前两条线相垂直，那就是第三条维。

第四维空间，我们就很容易理解了，只要再找到一条与前面那三条直线相垂直的直线，那就是第四维了。

但是我们根本不可能找到第四条与之垂直的直线，就像在纸上无法找到第三条垂直的直线一样，我们的思维因我们所存在的空间而被蒙蔽了！如果真能找到，那以此类推，第五维就是五条相垂直的直线，第六维就是……

所以，不要被现实所蒙蔽，因为我们无法看到的东西，还有很多……

有趣实验

这里我给你们一点思路，和你们做个有趣的实验：

请先拿出一张纸，在纸上画两条相互垂直的直线（也就是一个"十"字，写大点），试着在纸上画出第三条与这两条相垂直的直线.

怎么样?画不出吧?（想要画出那条线必须是一条曲线）

从纸上看，我们无法画出第三条垂直的直线，因为我们把纸当成了平面，平面只有两条维，就是我们画的那两条相垂直的直线.

当我们把纸当成一个实体，就可以发现了：第三条维其实是穿透这张纸，与纸的平面垂直的.

我们来试一下：看准那两条垂直线的交叉点，用一根笔芯或一根针，穿过这个中心点，并且放正.再来看一下这根针，是不是同时与那两条直线相垂直了?

没错！这就是第三维，在纸上永远不可能画出的第三维！

我们再来看一下这张纸，发现纸上的第三维就是一个点，不管这根针有多长，在纸上立着的也就一个点。

吸取前面的教训，我们能不能找到第四维呢?

由此，人类遐想的超立方体诞生了。

猜想

如果第二维在三维空间中是一个点，那可想而知，第三维在四维空间也是一个点。如果四维空间中的东西有无限大，那么这个点的密度也就是无限大，唯一的解释就是：能通往第四维空间乃至更多维空间的只有黑洞!

上述四维以上皆为某些学术派别猜想，仅为参考。

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作者：ylbtech
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