愛因斯坦能夠畫出或是想像出四維圖形理論上可行嗎
人們所說的莫比烏斯環、克萊因瓶只是為了更好的理解四維空間概念,都是三維,並不是真正的四維空間,原因很簡單,因為我們處在三維。
嚴格地來說,我們生存的宇宙空間微觀上並不是連續的,普朗克長度以下就沒有意義了。宇觀上我也不認為宇宙在拓撲上就是個R^3,按照廣義相對論的觀點,時間和空間應該是「絞纏」在一起的,共同構成一個有複雜整體同胚的4維洛侖茲流形。我們局部看到時間和空間可以「分開」,空間好像是「線性空間」,不過是因為我們的視野太小而已。
將第四個維度可視化通常有兩種方法:利用顏色或是時間。在利用顏色的方法中,我們會像往常一樣繪製一個3D圖形,但是根據第四坐標的值把它繪製成深色或是亮色。暗點是這個額外維度的「底部」,而亮點則被當作它的「頂部」。圖形中的兩個區域可能在3D空間中佔據的是同一區域,但是顏色不同,所以實際上它們在四維空間中是分開的。
人類雙眼所看到的所有東西其實都是二維的,你每天所看到的所有景象都是在你的視網膜上形成的二維圖像,只不過經過雙眼差異、透視原理、大腦邏輯處理和想像,在你腦海里形成了三維模型,也就是說人類在清楚了解三維(長寬高)的情況下可以通過二維圖像想像三維模型並畫出三維圖像在二維面的投影,但是人類的認知里並沒有第四個維度「w」,就像這個世界的顏色,你能憑空想像出你所認識的顏色之外的一種全新的顏色嗎?答案是永遠不可能。
四維時空,即一維的時間加三維的空間,將它們放在一起,就是三維空間隨時間的變化。形象地講,就是一系列三維的物體隨時間不斷變動的組合過程,例如你不斷奔跑的連續立體畫面組合,飛機連續飛行中的立體畫面組合。
之所以出現所謂四維時空這種情況,是在用相對論處理問題時,運用數學工具,將時間與三維的空間(座標)結合在一起,產生了動態的時空概念,即四維時空,但不是四維位置空間。
四維及以上的所謂高維空間是數學處理問題時不加區分維度性質的叫法,它將」時間」這一維看作」准空間」維度來處理了,並非是真有四維的立體空間,而是應當稱為」時」與」空」在一起的時空,因此,從畫法上,四維時空只能是一種連續時間疊加起來的三維變動的空間圖。
說愛因斯坦可以想像和畫出四維物體,其實那不過是四維物體在三維空間的投影,就像人在地板上的影子就是三維物體在二維上的投影一樣,所以愛因斯坦也不可能想像並畫出四維物體,只可能想像並畫出四維物體在三維空間的投影罷了。而且目前所有網上搜到的四維物體圖片都不過是四維物體在三維空間的投影建模罷了,真正的四維是三維人永遠不可能探知的,因為我們根本接觸不到第四維。
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