四维时空超出人类理解的范畴吗？科学家了解四维的意义何在？
怪奇物言2019-11-13 18:08
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。
所谓四维时空，其实就是科学家所说的我们目前的世界。说起四维时空，那么就有必要了解一下一二三维是什么样的，这样有助于跟好的理解四维。
一维空间是指只有一条线内的点所组成的空间，它只有长度，没有宽度和高度，只能向两边无限延展。因此它实际是指的就是一条线。就如一张纸上有两个点把这两个点连成一条直线，这一条直线没有高度和深度，只有长度。数线是其中一个一维空间的例子，借由数线上的单位长度来表示每个点的位置。
二维空间则比一维多了宽度，你可以简单理解为两条直线交叉所构成的平面，在几何学中为X轴和Y轴。
三维就简单了，它比二维多了高度，比如说前面的二维时空是一张平面网，将之张平，我们可以将之近似看作是二维平面，然后将一个小球放在网上，橡皮网在小球的重力作用下凹陷，这就形成了三维空间，我们就处在三维空间内。
四维和前三维有一个本质的区别，那就是四维多了一个时间，所以四维空间也可以叫做四维时空。四维时空就是构成真实世界的最低维度，我们的现实世界恰好是四维，四维其实就是三维空间再加上一维的时间，就是四维时空，即我们存在于三维空间或四维时空内。简单点说四维空间就是三维空间不不同时间段若干个三维空间的重合，这时间可以是过去，也可以是现在，甚至还可以是未来，也就是说在四维空间里面，时间概念完全被颠覆。
说得通俗一点，一维生物是生活在火车厢里，他们的身体也刚刚好是车厢大小，只能前后运动不能上下左右。而二维生物就好像生活在井里的水面里，只能前后左右不能上下。三维生物就是我们所在的世界，相对的自由。可以上下前后左右。但不能跳脱“里外”。四维空间是可以跳脱里外之分得，像克莱因瓶。
四维时空是科学家一直想要理解和突破思考的存在，看过电影星际穿越的朋友或许有看到这样一个桥段，主角们承载着星际飞船穿越虫洞来到银河系。其实跟四维有很大的关系，但是四维空间仍然是我们人类理解不了的空间维，如果四维空间真实存在的话。就像二维生物理解不了高度。三维生物无法理解四维的克莱因瓶一样，我们不能完整地把它做出来，因为少了一个维度！换句话说，四维时空的概念只是为了方便狭义相对论研究提出的一种“工具”，而非“真理”。科学家迫切地想要了解理解四维时空，实际上就是对物理理论的一次深入剖析，企图理解宇宙中更加神秘的存在。
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