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为什么人类想象不出四维的空间?

人类之所以想象不出来四维空间的样子,一个原因是因为人脑是三维属性的,另外一个重要原因就是人们从来没有接受到过四维空间物体的信息。

我们生活在三维世界,所以我们接受到的信息都是三维的,人脑也是由三维的神经细胞组成,所以呈现在我们脑部的物体形状都是三维属性。四维空间的物体,从来没有进入过我们的三维宇宙,故而我们也没有从第四个维度接受过任何讯息,我们根本无法直接想象一个完全没有见过的物体,特别是这个物体还是四维的。

当然了,虽然我们没有见过四维空间或者四维物体,但是从一些物理现象的蛛丝马迹,我们大致可以想象一下四维空间的样子。想象大家都听说过克莱因瓶,它就是一个出口和入口同处于一个空间维度的瓶子,也可以叫做升级版的乌斯莫比环。乌比莫斯环是一个二维面在第三个维度扭曲180度然后头尾相接,就做成了一个只有一个表面的园环。那么克莱因瓶就是一个圆柱体在第四个维度扭曲180度然后头尾相连而已,这样这个圆柱体就是入口和出口在同一个位置,没有内外之分。所以其实我们并不是不能够想象四维的样子,而是我们没有接受过真正四维物体的样子,无法画出四维物体。

不过,我们通过爱因斯坦的相对论或许可以找到四维的蛛丝马迹。广义相对论认为引力是时空的几何凹陷导致的,而这种凹陷的方向就是朝向四维的。因为在三维中我们根本无法实现三个维度各项同性的扭曲,只有四维存在,才能够实现三个纬度空间的同时扭曲,而且扭曲的曲率还一致。所以说,四维物体就是三维物体加上一个看不见的维度,这个纬度可以让我们的三维物质扭曲到一个我们无法想象的样子。

另一方面,引力波的发现,也隐约证明空间在第四个维度上是可以像波一样震荡的。一维线震荡产生二维,二维震荡产生三维,三维震荡产生四维。所以我们空间的振荡,就是四维空间的样子。只不过受制于我们大脑的维度,我们只能够把这种四维解析成三维想象,就像是我们常用的把天体压弯时空的示意图一样。

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