如何解释四维空间

3个回答

  • 我以前写的,贴出来给你看:

    http://zhixing.bjtu.edu.cn/thread-195945-1-1.html

    今天早上看了一个关于四维空间物体的视频,突然心血来潮,想研究一下.于是浪费了半天的时间,得出了一些假设(不知道对不对).回来赶紧写出来,别以后忘了.这里面用的大部分都是类比的方法,来推演一些四维空间的性质.

    一、空间:

    一维空间:简单讲就是一条直线,期间物体就是一个个线段,例如x轴构成的线;

    二维空间:简单讲就是一个面,期间无物体就是一个个有限面,例如xy轴构成的面;

    三维空间:简单讲就是一个体,期间物体就是一个个有限体,例如xyz轴构成的体;

    四维空间:由以上推之,我定义四维空间的基本元素为X(一维是线,二维是面,三维是体),期间物体就是一个个有限X,定义t轴与xyz轴分别垂直,则构成四维空间坐标系.

    这样定义后,一个四维物体的位置就能用(x,y,z,t)来表示了.

    此外,我们还可以定义:无数个无限三维体以垂直于t轴的方式无限接近但不重合的叠加起来,便组成一个四维空间.

    二、简单类推:

    1.点------------------------------零维;

    线------------------------------一维;

    面(即n边形)--------------二维;

    体(即n面体)--------------三维;

    X(即n体X)----------------四维.

    2.两条直线:

    一维空间:重合,即不存在两条直线;

    二维空间:平行、相交(其实平行、相交就可以看做异线,不在一条直线);

    三维空间:平行、相交、异面;

    四维空间:平行、相交、异面、异体.

    3.两个平面(这里所说的平面是无限的,概念类似于直线,以及以下说的“体”,皆同):

    二维空间:重合,即不存在两个平面;

    三维空间:平行、相交(其实平行、相交就可以看做异面,不在一个平面);

    四维空间:平行、相交、异体.

    4.两个体:

    三维空间:重合,即不存在两个体;

    四维空间:平行、相交(其实平行、相交就可以看做异体面,不在一个体);

    这样,我们就可以看出,四维空间是由X构成的,而X则由体的形式承载.就像三维空间中,体是由面承载的.进而我们可以大胆想象,四维空间物体的投影(即三维空间一个物体的影子),表现出来是一个有限体.

    5.坐标移动:

    x轴:一点由原点在x轴构成空间移动,形成一维空间的构成元素:线段;

    xy轴:一点由原点在xy轴构成空间移动,形成二维空间的构成元素:有限面;

    xyz轴:一点由原点在xyz轴构成空间移动,形成三维空间的构成元素:有限体;

    xyzt轴:一点由原点在xyzt轴构成空间移动,形成四维空间的构成元素:有限X.

    下面我们来画一个四维基本有限X的投影.

    一维空间基本有限线:线段:两点构成(两个顶点);

    二维空间基本有限面:三角形:三线构成(三个顶点);

    三维空间基本有限体:四面体:四面构成(四个顶点);

    四维空间基本有限X:五体X:五体构成(五个顶点);

    由于前面所讲,体(即三维空间)是X的承载,所以我们在三维空间中制作出来的景象只是该四维基本有限X(五体X)的投影.用二维平面画出三维物体的投影,则需要透视(即画的那些虚线);所以在三维空间中画出的四维物体的投影,也需要特殊透视,即旋转.如图:

    2010-12-3 17:26 上传下载附件 (2.95 KB)

    (画得不好)

    右下角的那个东西再制作成三维的,然后旋转,就是四维基本有限X(五体X)在三维空间中的投影了(必须是旋转的、动态的).我们是无法在三维空间中,画出一个四维有限X的,这一点不用我解释.(还是解释一下吧——!就像二维空间中不存在四面体一样,只能看到四面体的投影,三角形.)

    而事实也可以证明,所画出来的家伙确实有五个四面体(自己看吧!哈哈,我看过那个三维图像了,旋转的,确实是五个四面体,只不过有交叉重叠.不过这也正是投影的性质.比如说一个二维三角形,投影到一维中,就是一个线段,中间加一个点(·——·——·大概这样吧!),这个图形就有三条线段(有重叠),线段是构成二维有限面的元素.所以我们画出来的投影是正确的.

    三、莫比乌斯环的推想:

    看以下内容,必须了解莫比乌斯环.不懂的百度搜索下.

    莫比乌斯环是一个在三维空间中扭曲了的二维平面.假设一个二维物体在此平面上行走,则在不知不觉中,会走到原本平面的“背面”,看到的景物则是左右颠倒的.现在你可以拿一支笔,做一个莫比乌斯环,然后选定一个起点(即A+)、一个方向开始画,注意标记,从开始走到最后连接在一起,然后将纸带展平,你会发现,你笔迹的行走路线是如图:

    2010-12-3 17:54 上传下载附件 (1.73 KB)

    (其实图中的直线应为一个面,即纸带)

    从A+走到B+,然后突然从A-开始,走到B-,接着回到A+.假设你是个二维生物,你根本就不会知道空间扭曲了,因为是在三维空间中对二维进行的扭曲,但是你不知不觉地就走到了初始点A,只不过周围事物都是左右相反的,而前后仍是不变,即行走方向.

    因此,我假设,一维空间的莫比乌斯环在二维空间中是一个线,这时候你确定了一个方向后开始行走,走到最后前后是相反的(因为一维空间只有前后的概念).我定义行走方向前后为时间,向前即顺时,向后即逆时,则在一维空间中,可以产生时间吞噬现象:即自我时间的逆向.

    现在再来看二维莫比乌斯环(我定义n维莫比乌斯环为n维空间扭曲产生的环,它实际存在于n+1维).二维的莫比乌斯环只会改变左右景象,而前后是不会改变的.

    接下来,我进而推想了三维空间的莫比乌斯环.同样,三维空间的莫比乌斯环需要一个空间扭曲才能产生,而这个扭曲必须在四维空间进行(类比二维莫比乌斯环).我们假设一个长方体走廊(相当于二维的纸带),进行三维莫比乌斯环扭曲后,我们便在其中.这种扭曲连接方式并不是将体的首尾三维拼接,形成一个轮,而是在四维空间中扭曲.那么,我们也像一个方向行走,走到这个扭曲空间的尽头(类似于上面的B+),便会立刻来到扭曲空间的开始(即上面的A-),然而这时候,身边的景物是会发生变化的:类比以上可知,一维莫比乌斯环改变前后(即自身时间),二维莫比乌斯环改变左右(二维空间较比于一维空间所特有的属性),不改变前后(即自身时间),那么三维莫比乌斯环,即我们现存的空间因时空扭曲而产生的通道,它将改变上下(三维空间较比于二维所特有的属性),不改变左右,不改变前后.于是我们会经历这样的场景:时间倒转到我们的出发点A,看到的景物都是上下颠倒的,即在四维空间中,将三维莫比乌斯环展成一个体后,相对于这个体,会产生另一个轴对称体,我们会从原本的体中,进入这个上下颠倒的轴对称体中.这样,我们找到了另一个时间倒流的方式:在三维莫比乌斯环中行走,只不过先遇到的是轴对称的场景,之后再走回初始点后,才是正常的场景.(注意这种时间倒流只对于客观景象,即重新经历了以前的事物,“感觉像是回到了过去,而实际上自身时间即前后,是不会倒流的,即你仍然会变老.)

    好像上面的解释有点难度啊!不知道大家有没有看懂.总之,根据一下午的类比推理,我总结了以下几点:

    1.存在四维空间,才能产生三维空间的扭转,反过来,存在三维空间“莫比乌斯环式”的扭转,则可以证明存在四维空间;

    2.在三维莫比乌斯环中,我们会经历时光倒流,不过进入的是另一个轴对称体,周围景象是轴对称的;

    3.想了一下午这些,的确很累,头发应该掉了不少.

    最后,我想的不一定对,就权当看着解闷吧!