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有高维空间吗?_高维空间真的存在吗

栏目:数码科技

作者:B姐

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时间:2024-02-24 10:07:35

人类能直观感受的空间是三维,加上时间维度是四维,至于更高的维度我们无法直接想象出来,我们的大脑无法处理更高维度的信息,唯有利用数学去研究高维度的性质。

我们的三维空间,可以理解成由上下、左右、前后三个维度组成,在相对论中,时间被描述成第四维,利用光速的不变性,三维空间与一维时间共同组成了四维时空,也就是闵可夫斯基空间,只不过时间在公式中成了虚数。

在某些科学理论中,有对高维空间的描述和解释,比如我国著名数学家丘成桐,就证明了六个维度的卡拉比-丘成桐空间在数学上的存在性,我们无法直接想象这个六维空间,但是计算机可以模拟出卡拉比-丘成桐空间在三维空间中的某个投影,如下图:

利用类比的方法,立方体在平面上的投影是平面图形,立方体包含的信息量远远高于投影的平面图形;同样六维空间在三维空间中的投影自然是三维的,该投影看起来非常复杂,要知道维度每增加一个,信息量将会大大增加,所以我们的大脑根本无法模拟高维空间。

就如可见光由七种颜色组成,但是我们知道可见光只是电磁波中非常小的一个波段而已,在可见光之外还有紫外线、红外线、X射线等等,如果要你想象可见光之外的颜色,你是想破头皮也想不出来的,因为那是超越人类想象的事物,高维空间也是一样的。

不过我们利用数学,可以去研究高维空间的性质:

1、零维是点。

2、一维是线。

3、二维是面。

4、三维是立方体。

5、四维是超立方体。

在这超立方体就超出了人类的理解范围,我们利用数学可以知道,超立方体在三维空间中的投影具有如下性质:

(1)在三维空间中,超立方体的投影是一个三维立体。

(2)随着投影角度的变化,投影会出现不同的大小和形态。

(3)在所有投影中,超立方体最简单的投影图是立方体。

在大刘的《三体》中,有一个故事情节描述了在四维空间,我们能做出一些三维空间中看起来不可能完成的任务,比如在四维空间中,三维物体可以轻易进出三维空间中封闭的瓶子,我们可以在A地突然消失,然后在B地突然出现。

听起来好像有点类似量子力学中的量子隧穿效应,或者是双缝实验中光子同时穿过两条缝一样神秘,至于两者是否有联系就不得而知了。

一千维空间真的存在吗

高维宇宙可能存在,为何我们却无法感知?科学家:你和蚂蚁都一样

关于高维宇宙的说法,很多人都听说过,甚至在很多影视作品中都感受过那种玄之又玄的存在,似乎包罗万象,但是却又无所捉摸,的确让人非常的向往,当年它第1次问世的时候还来源于弦理论,弦理论认为我们的宇宙分为11个维度,到现在甚至有32个维度,那层层叠叠的宇宙结构隐藏着一个又一个的高级世界,而我们刚好处在一个最低等的三维世界里。

这种说法的确激起了很多人对这个世界的向往,毕竟就好像贫民窟的贫民每天都在幻想着富豪每天会吃什么菜,人类对于高维宇宙的幻想也同样如此,之前关于星际穿越的科幻小说,就曾经隐身或在高纬度世界里面,人类可以掌控一切,我们就是上帝所有的分子结构,过去现在未来都只是一个可以雕琢的艺术品而已。

不过我们要认识到这一点,虽然弦理论认为高维宇宙一直存在,但我们似乎从来没有发现过它的痕迹,这的确有些诡异,既然一个东西存在,为何我们就是发现不了它呢?

科学家为了让我们更好的理解曾经举过一个例子,那就是把人类和蚂蚁相类比,其实我们和蚂蚁所生存的状况是一样的,假若蚂蚁也是一群有文明的生物种群,他们有自己的科学家有理解世界的一套方法,但他们根本无法理解人类在它旁边撒了一泡尿,也无法理解人类突然经过的一阵风,因为这不具备逻辑性,是一个突发现象。

通过蚂蚁的例子,我们再换位思考,人类面对突如其来的陨石危机,人类面对黑洞的存在,面对种种那一切不可思议的东西,我们感觉这是宇宙里面的一个另类,其实不就同人类对着蚂蚁吐口水一样吗?虽然超过我们的理解能力,但对于其他的生物来说只是一个很正常的现象。

因此假若真的存在高维世界的话,它就在我们周围,并且和我们同处在一片天地下,但我们就是感知不到他们,而那些可能出现的奇迹事件,就是他们一个正常操作的结果,但这一切都让人类无法理解。

所以说人类科学研究的高维宇宙,它可以说存在也可以说不存在,之所以不存在就是因为在人类的理论里面发现不了它,但又说它存在是因为宇宙存在着无数的可能性,我们现在没找到,不代表未来没有,因此人类未来可能要遭遇很多奇遇,值得我们期待。

刘慈欣的科幻小说《三体》,就有关于四维空间的一段故事,说人们终于摆脱三体的追杀,意外闯入了四维空间,他们在四维空间里发现,自己原本的3维宇宙一切变化都在眼前,一目了然。而且发现了高维空间的硅基生物,这些人吓坏了,又急忙寻找到打破四维空间的方法,返回了自己原本的三维宇宙。就像上面我们提到的蚂蚁一样,蚂蚁本身也许并不知道自己所行走的平台是人为设置的,所以它可以无所畏惧,即使纸张折叠了也一无所觉,对它而言全无影响。

蚂蚁的这种情况,又何尝不是我们人类的写照?

小结:现代物理学还认为,或许我们的空间不止四维,还有更高维度的空间,是我们根本无法看到的。相信随着人类的 科技 文明逐步发展,这一些的谜底都将会有清晰的答案。

当然,目前这些都只是猜想,但不能否认的是,刘慈欣所写的《三体》绝对是科幻界的里程碑之作,它不仅仅是一本精彩的小说,同时也具备着很高的现实意义和参考价值。

凭借《三体》,刘慈欣获得了第73届世界科幻大会颁发的雨果奖最佳长篇小说奖,为亚洲首次获奖。

前美国总统奥巴马同样是《三体》的忠实粉丝,在读完前两部之后,奥巴马甚至发动白宫联系刘慈欣催稿,希望可以尽快看到第三部的英文版。

书中剧情环环相扣,从悬念到两次铺垫,再到最后的大反转,给人极大的冲击力也存在一定的合理性。

《三体》共3本,分别是:《三体I》——地球往事、《三体II》—— 黑暗森林、《三体III》—— 死神永生,每一部都无比精彩。

我在刚触摸《三体》时,立刻就被书中紧凑的剧情和作者超乎常人的想象力所招引,书中所呈现的“黑暗森林法则”、“降维冲击”等内容,彻底推翻了我对世界和这个世界的认知。

尤其是第三部《三体—死神永生》,绝对算得上是一篇大手笔,它将整个地球,整个银河系,展现在世界的大布景下,真正触发灵魂深处对于人性的思考。

还没有看过《三体》的朋友们,我强烈推荐大家去看一下,它不仅可以给你带来阅读的震撼,更会引发对人性的深层次思考,对你的价值观会有所启迪。

在书中,人们被他带到一个崭新的世界,这是中国的文字从未创造过的、一个恢弘而逻辑自洽的世界。在这个世界里,地球如海中一片树叶,微不足道,朝不保夕。

少喝两杯咖啡,就能让你体会到 这个世界上最贴近内心的巨作。

真的存在多维空间吗?

不一定存在也不一定不存在。

科学家认为1000维世界里是一片黑暗的。在1000维世界中,发光体再也牛B不起来了。半径为2的超球体,体积是单位超球体的10^300倍;因此随着与光源的距离的增加,照度以难以想象的恐怖速度垂直递减。类似地,1000维世界也是无声的。要想让声音传到10米外的地方,需要耗费的能量是一个天文数字。

不过,1000维世界也不尽是坏事。科学家们有值得欣喜的事情:通过观察低维空间的结构,他们能够更深入的理解空间与维度,更早地发现宇宙的本质。空间的弯曲、维度的扩展等概念扎根于每一个人的思想中。平面几何和立体几何将失去意义,针对某一特殊维度上的几何学研究也将毫无价值。几何试卷上的每一道题开头都是“在一个n维空间中…”。

1000维世界还有很多有趣的地方。在1000维世界中,生物使用的进制数可能非常非常大,语言文字系统也会变得精确而复杂。这是因为,1000维世界中图形的几何形式变换十分丰富,因此可区别意义的符号个数将远远超过平面上的10个阿拉伯数字和26个拉丁字母;同时,由于高维世界中脑容量的增大,丰富的符号、复杂的语言、大规模的乘法口诀表也将被轻易接受。另外,在如此广大的1000维世界中,事物的种类数量都将出奇庞大,拥有与之适应的语言文字和算术系统也是很有必要的。

另一方面,1000维结构的复杂性也给生活带来了很多不便。假如你想用投影图的方式在纸上描绘一个三维图形,你可以分别画出物体的正视图、侧视图和俯视图。类似地,如果你想在999维的“纸”上作图的话,你需要1000张才能展示一个立体图。

高维空间真的存在吗,如何理解高维空间?

最近在抖音里看到各种关于维度空间的视频,讲的最多的,有权威的好像是我们宇宙有十一维度,我点开听了一下,前面的一维、二维、三维、四维以及五维都还听得懂,再往后就有些不知所云了。

我不是这方面的科学家,可能连个爱好者也算不上,顶多算是个好奇者,我很好奇他们说的那些维度,每次看这样的视频,都让我感觉好神奇。

站在我们的角度,我们是生活在三维空间的生物,也是用三维空间理解并定义事物,用三维视角来审视一维和二维的世界,那就是全方位的碾压。

比如蚂蚁,他们就被视为二维生物,而我们则完全碾压他们。

按照他们的理论,一维空间就是一个点,这个点就是个点,没有大小,没有面积,无限小的一个点。它的运动形成的线就是一维空间。

二维就是一条线,它的运动形成的面就是二维空间。

三维空间就是一个面加上高度。

四维空间就是三维空间加上时间的流逝,就形成了像**一帧一帧连续的画面一样。

……

我不知道这个是对还是错,我脑子里一直有一个疑问,在这个理论里,一维二维三维好像界限很明显,可是真的明显吗?

仔细想一想,在现实世界里,一维空间和二维空间的界限在哪里?这个不好理解。

我们换成熟悉的二维与三维,它们有明确的界限吗?没有,我们说我们是三维,蚂蚁是二维,这只是站在我们的视角来看问题。如果我们站在蚂蚁的视角,那他们生活的世界也是三维空间,同样存在长宽高。

那就站在我们的视角,我们的世界是三维空间,有高山,有大海,有山谷等等。可如果我们坐在飞机上,升到高空一万多米往下审视,你就会发现人类世界也变成了二维空间,什么高楼大厦,什么高山大海,都变成了扁平的,人类变得像蚂蚁还要小,不仔细看都看不到。

再发散一下四维,我们如果站在宇宙飞船上,再看一看地球,地球表面的那些高山深谷都没有了,只有一颗巨大的地球,估计还能看到月球以及其他星球,这样我们又坠入三维空间。

再发散一下,如果我们飞出了太阳系,离它足够远,俯仰它,那太阳系就变成了二维空间。

再发散,那银河系呢?

后面我想不下去了,好晕!我只是用我的小脑袋思考了一下,觉得这个世界可能就只有长宽高一个三维空间。

我们觉得存在好多维度空间,可能我们只是把自己跳出了那个世界原本的三维来审视,如果我们把自己融入到我们审视的那个维度,那就变成了三维空间。

比如我们说的蚂蚁,如果把我们变蚂蚁一样大小,那我们还敢说蚂蚁是二维生物吗?

那细胞的世界呢,病毒的世界呢,原子的世界呢……

“黎曼几何”证明了高维空间的存在,高维空间的生物长什么样?

先来理清思路

题主想说的应该是:在二维平面上,由一维的线围成了一个圆,圆在二维平面上属于封闭图形;在三维空间中,由二维的面围成了一个球,球在三维空间中属于封闭图形。

封闭图形可不止圆和球,也有可能是正方形和正方体。其实,圆和正方形、球和正方体它们都是拓扑等价的。

这里需要指出,题主的表述是有误的。正确的表述应该是:一维空间的闭合可以是圆,二维空间的闭合可以是球面,那么三维空间的闭合是什么呢?

一维空间的封闭存在于二维空间中,二维空间的封闭存在于三维空间,那么三维空间的封闭就应该存在于四维空间中。

二维空间中存在封闭图形,三维空间中也存在封闭图形,那四维空间中的封闭图形是什么呢?或者说三维空间的闭合是什么?

要想弄明白这个问题,我们先要弄明白什么是四维空间?

降维打击开始,先来弄清楚一、二、三维。维度是人类在实践中对现实世界的抽象。点没有维度,或者可以算作零维物体。一维为线,二维为面,三维为体。对于一维物体只能描述其位置,对于二维物体可以描述它的面积,对于三维物体可以描述它的体积。点动成线,线动成面,面动成体。这个变化的过程就是无限叠加及运动。

上面的内容可能有点太抽象,不好理解。那是因为点、线、面在现实世界中都是不存在的,它们只存在于数学世界中,也就是存在于我们的想象之中。

四维是什么?先从物理学方面解释一下,爱因斯坦的相对论认为空间是三维的,把时间看成另一维度,那么我们所在的时空就是四维的。处于这个四维时空中的三维物体处于连续不断的运动中。

如上图所示,从零维到四维的变化。四维空间中的封闭图形应该就是超体。球在二维空间中的正投影为圆,那么球应该就是四维空间中的超球体在三维空间中的正投影。

因此,我们得出结论,四维空间中存在的封闭图形可以是超球体。与之对应,三维空间的闭合应该是超球面。

(如上图所示,宇宙中的星系分布在超球面上)

如何更好的理解维度

现实世界中的物体在我们看来具有整数维度,它们都是三维的。在分形几何中,我们可以赋予物体分数维度,那么现实世界中的物体的维度应该在2~4维之间。

以人类的思维,超过三维就已经很难理解了。我们不妨换一种方式,不要具象的去理解,把维度当作数据去处理就行了,用数据去刻画高维空间以及物体的形象。

不管是几维空间,它们都是点的集合,点的位置可以用坐标来描述。在数学上,一维空间可以用一个数轴去描述,二维空间需要用到两个数轴,三维空间需要用到三个数轴,那么四维空间就应该用到四个数轴。也就是说,确定四维空间中点的位置,需要用到四个坐标值。在三维空间中最常用的就是笛卡尔直角坐标系,它具有三个坐标轴。

我们虽然感觉不到高维空间中物体的形状,但是我们可以将高维空间中的物体投影到三维空间中,我们可以用n个坐标轴将n维物体表现在三维空间中。

同样都是维度,但并不一定等权。超弦理论就认为我们的世界应该是11维的,不过那些额外维度都蜷缩在局部空间中。平直宇宙空间是三维的,那么一个有限无界的弯曲的宇宙空间应该是四维的。

我们通常是将几何图形嵌入到三维空间中来描述。上图中的曲面在三维空间中来看它是弯曲的,不过在曲面空间上的观察者来看它应该是平坦的。这种观察者只能在自身所处空间中观察和测量到的几何性质就是该空间的内禀性质。而空间曲线的曲率和挠率就不属于内禀几何量,因为它们依赖于外嵌的三维空间。

好了,就说到这儿。

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“黎曼几何”证明了高维空间的存在,高维空间的生物长什么样子?

这个理论确实是证明了它的存在,但是具体长什么样子,这个空间的结构非常复杂,我们如果想要知道,或者计算是非常难得。你知道,几乎所有的物体都有长度、宽度和高度三个维度,所以呈现的图形是三维的,而高维物体一般是由多个低维物体组成的,也就是说,维度越高,这个空间的结构就越复杂。一般来说,在众所周知的图形集中,如长方体、正方体等。,非常规则,符合常识。如果我们想计算它们的面积,也很容易。

我们现在的技术并不能够看到思维空间了吗的东西。要知道,四维空间是要比三维空间多出来一个时间维度的,所以,四维空间里的一切便都与三维空间完全不同,所以,四维空间的生物是并不能被我们的肉眼所看到的,或者他们就存在于我们的世界里,只不过他们隐形了,所以我们看不见。或许未来人类的科技水平发展到一定程度的时候,我们能够看到他们。

虽然现在的黎曼集合证明了高维空间的存在,但是现在还没有能力了解。黎曼几何从理论上证明了宇宙中高维空间的存在。科学家的下一步是找到更一致的证据。根据黎曼几何,我们实际上可以想象和理解三维空间中的高维空间,但如果我们真的想突破维度的边界,这是非常困难的。我相信,随着未来科学技术的发展,当人类文明进入一个新的阶段,我们才能真正理解四维空间。

它似乎不存在,但它确实存在!许多人认为四维空间是人类灵魂的家园!你觉得这个怎么样?你相信高维空间的存在吗?你认为高维空间中的物体是什么样的?这个世界真的是人们所知道的样子!

就像蚂蚁无法理解人的感官一样,我们也无法理解高维空间的生物的样子。黎曼在他的论文中提出了一种新的几何,它能够更好地描述以上多种不规则的几何体,这种新几何被称为是“黎曼几何”。如果说欧几里得几何是在三维及以下维度来描述几何的话,那么黎曼几何与其最大的不同就是黎曼几何将空间维度扩展到了四维甚至更高的维度。

因此一开始黎曼几何被提出来的时候,有不少人持有怀疑态度的,因为十九世纪的人类尚不认为四维空间是存在的。天文学家托勒密就曾经提出了否定四维空间的观点,他认为人类的大脑是三维空间的物体,是无法想象出四维空间的物体的,因此四维空间是不存在的。

后来随着许多科学家在空间维度方面投入大量的精力进行研究,逐渐证明了高于三维的空间是存在的,只是人类在三维的世界中无法将其可视化而已。因此现在人类要研究的问题不再是四维空间到底存不存在,而是四维空间以及更高维度的空间到底在哪里?不得不说黎曼几何在这方面为科学家们的研究提供了方便,因为它就是高维度空间的数学基础。后来陆续有一些现代物理理论被提了出来,例如弦理论、M理论等等,它们在一定程度上都是为研究空间维度问题而被提出的。

既然人类能够从理论上证明高维度空间是存在的,那么在这些空间里的世界是怎样的呢?是否也像三维空间一样存在生物呢?早在十九世纪就有科学家预言四维空间生物的存在,并且认为对于人类来说,四维空间就是神一般的存在。这样的理论至今仍未被证实,现代科学家也在不断地研究这方面的问题。有一种观点认为,如果四维空间也存在生物的话,那么它们来到三维空间就不会受到任何限制。

有高维空间吗?_高维空间真的存在吗