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| 四维 | |
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四维，物理学中以维度来形容时空 坐标的数目，四维即四个维度，它是由无数个三维组成的，而三维是由无数个二维组成的。[1]
其他高维度的组成方式以此类推。三维以上的维度统称高维度 [2]
基本信息
中文名 四维
外文名 four-dimensional
涉及学科 物理学，天文学，数学
基本介绍
基本概况 在物理学和数学中，一个n个数的序列可以被理解为一个n维空间中的位置。当n=4时，所有这样的位置的集合就叫做四维空间。这种空间与我们熟悉并在其中居住的三维空间不同，因为它多一个维数。这个额外的维数既可以理解成时间，也可以直接理解为空间的第四维，即第四空间维数。
作为空间的第四维
第四维数可以用空间的方式理解，即一个有四个空间性维数的空间（“纯空间性”的四维空间），或者说有四个两两正交的运动方向的空间。这种空间就是数学家们用来研究四维几何物体的空间，与爱因斯坦提出的时间作为第四维数的理论不同。
关于这一点，考克斯特曾写道：把时间作为第四维数带来的好处即使有的话也是微不足道的。实际上，H. G. 威尔在《时间机器》中发展的这种十分吸引人的观点导致了J. W. 杜恩（《时间实验》）等作者对相对论的非常错误的理解。
闵可夫斯基的时空几何是不符合欧几里得体系的，所以也就与当前的研究没有关系。---
H. S. M. 考克斯特, Regular Polytopes
从数学方面讲，普通三维空间集合的四维等价物是欧几里得四维空间，一个四维欧几里得赋范向量空间。一个向量的“长度”。
以标准基底表示就是
也就是勾股定理向四维空间进行的很自然的类比。这就让两个向量之间的夹角很容易定义了（参见欧几里得空间）。
正交性
在我们熟悉的三维空间里，有三对主要方向：上下（高度），南北（纬度），东西（经度）。这三对方向两两正交，也就是说，它们两两成直角。从数学方面讲，它们在三条不同的坐标轴x、y、z上。计算机图形学中讲的深度缓冲指的就是这条z轴，在计算机的二维屏幕上代表深度。
纯空间性的四维空间另有一对垂直于其他三个主要方向的主要方向。这一对方向处在另一条同时垂直于x、y、z轴的坐标轴上，通常称作w轴。对这两个方向的命名，人们的看法不一。一些现行的命名有安娜/卡塔，斯皮希图/斯帕提图，维因/维奥，和宇普西龙/德尔塔。这些额外的方向处于（实际上是垂直于）我们所能观察到的三维世界中的方向之外。
作为时间的第四维
当人们说到“四维空间”时，经常指的都是关于时间的概念。这其实是一种误解,关于时间的概念的"四维空间"被命名为"四维时空".在这种情况下，"四维空间"可以理解为三维空间附加一条时间轴。这种空间叫做闵可夫斯基时空或“(3 + 1)-空间”。这也是爱因斯坦在他的广义相对论和狭义相对论中提及的四维时空概念。
维数类比
要理解四维空间的本性，我们可以利用一种称为“维数类比”(dimensional analogy) 的方法。维数类比是指通过研究 n - 1 维与 n 维之间的关系，来推断 n 维与 n + 1 维之间会有什么样的关系。
埃德温·阿伯特·阿伯特在他的书扁平的世界 (Flatland)中运用维数类比，讲述了在一个扁平得就像一张纸的二维世界中生活的一个正方形的故事。在这个正方形的眼中，生活在三维世界中的人们拥有近乎神的力量，因为他们能在不打破（二维的）保险箱的情况下从其中把东西（通过移入移出三维空间的方法）取出，能看到所有在二维世界看来是被挡在墙后面的东西，甚至能站在离二维世界几英寸的地方来保持“隐形”。
通过应用维数类比，人们可以推断，四维空间中的人在我们三维的视角看来应该有类似的神奇能力。鲁迪·拉克在他的小说空间世界 (Spaceland)中展示了这一点。小说的主人公就遇到了具有神奇能力的四维人。
相关理解
四维空间的长、宽、高、时间四条轴
可以去这么理解，首先，一维，就是一条线。时间也可以看做时间线。你把一个长宽高的3维坐标世界无限缩小到一个点，然后让他（这个点，既三维世界）沿着时间轴方向运动（既时间流逝），这个就称为4维。
当然，如果时间是有枝节的，就想科幻里说的的有N种过去，或者N种未来的，也就是我们3维这个点在平面或者更高的级别运动。那么有可能我们的世界的空间是4维度及以上。。未加证明。
同样有一种说法，将四维空间理解为可扭曲的三维空间。将一张纸比喻为二维，它的无限叠加则为三维，那么将这张纸进行弯曲，同样可以出现三维效果。以此推断，三维空间的扭曲是否就是四维？当然，它的扭曲方向不能限于其本身的长、宽、高。按照一般的理解，时间是普遍所认知的第四维元素，如果四维空间中时间可发生扭曲，无数小说和电影中所描述的穿越时空极可能会成为现实。
但是也有少数人有所质疑，如果二维空间也有生物存在，那么它们的生命发展过程也应有时间的存在，按照时间为第四维的说法推断，二维生物有可能会认为三维空间是由长、宽、时间组成，但事实上并非如此。
另一个四维空间
想像一下我们打算看一下现在几点了，当我们看手表的时候，从手表反射过来的光子击中了我们的视网膜。真正触动我们视网膜的东西，是这些光子的能量和动量，根据光子的这些信息，我们的大脑分析出了手表所显示的时间。所以我们其实是处在 由能量和动量所组成的的空间中。
由能量和动量所组成的的空间，这个空间在物理学上叫做----动量空间。与四维时空类似，动量时空也是四维的，其中的一维是能量，而另外三维，是动量的三个分量。
表面看起来，科学家构建出来的动量空间似乎只是个数学游戏，四维空间已经很好地解释了宏观世界，我们再构建个动量空间，似乎没有必要。但其实在某些方面，动量空间比四维空间显得更加真实。
比如在粒子对撞机中，粒子们高速地相撞，变成其他一些粒子，涉及到能量和动量的转换；我们利用天文望远镜观察遥远的天体，实际上我们观察到的不过是光子的能量和动量这类信息。至少从这些观察上讲，无论宏观世界还是微观世界，我们也许并不是生活在时间和空间中，而是生活在能量和动量构成的动量空间里。
延伸
同样的，也有五维空间、六维空间、七维空间......十一维空间等等。
我相信，在科学的进步下，总有一天能够揭开这些似乎深奥的秘密。
四维是什么概念
物理学中以维度来形容时空坐标的数目，四维即四个维度，它是由无数个三维组成的，而三维是由无数个二维组成的。其他高维度的组成方式以此类推。三维以上的维度统称高维度。
定义
维度是一个空间概念，不同的维度代表着不同的空间。比如一维空间指的是直线；二维空间指的是平面；三维空间指的是立体空间；而四维指的是时间，为什么呢？前面说了，四维是由三维空间组成的，三维空间是静止的，用什么把无数的三维空间连接起来的呢？
是时间。所以，在四维空间里从过去到未来的所有时间空间会交织缠绕在一起，可以被肉眼所看见。
性质
科学家已经证明，我们宇宙的空间结构的确有延伸的维，也有卷缩的维。就是说，我们的宇宙有像水管在水平方向延伸的、大的、容易看到的维，也有像水管在横向上的圆圈那样卷缩的维。那些紧紧卷缩的维存在于一个微小的空间里，即使用目前我们最精密的仪器也无法探测到它们。
四维及四维以上的空间是什么概念
1.从一维空间到十维空间的说明：
零维：点的维度；
一维：线的维度；
二维：面的维度；
三维：立体的维度；
四维：时间的维度；
五维：翘曲时间的维度；
六维：可能性的维度；
七维：单一宇宙全部可能性的维度；
八维：多重宇宙的维度；
九维：翘曲多重宇宙的维度；
十维：全部世界的维度（同时也是点的维度）；
让我们先厘清一个重要概念：
2.维度和多维宇宙
一只在直线上行走的毛毛虫只能前后移动，所以，我们把直线或曲线叫做：一维空间；
一只阿米巴扁平虫可以在球面上前后左右移动，所以，我们把平面或曲面叫做：二维空间；
一只鸟在我们的空间可以上下前后左右移动，所以，我们的空间叫做是：三维空间；
（加上时间一维，我们的世界是四维的，合称时空。在这个时空中你要准确标定一个点，需要四个数字，比如：淮海路、马当路交界，二楼，下午四点。）
依此类推……
如果，有人告诉你，多维空间（四维以上）的人，看着我们的保险柜或房子时根本就是内外一目了然，就像我们看着二维平面上的圆圈一样，你会不会大惑不解、无法想象、或者毛骨悚然？
当然，对于眼见为凭来说，这其实涉入了一个哲学难题。如果眼见才是真实的，那么高维度的对象就不是真实的。但从另一个角度来看，人不过是动物中的一种，阿米巴扁平虫只能感知二维的世界，我们如何证明我们所能感知的所谓真实，岂不是也受限于我们自己的认知条件？
必须承认的事实是：人类的大脑和眼睛，只是为了应付三维空间和四维时空的各种情况演化出来的，因此它们不具备辨识和解析高维度空间物体的能力。
3.十维空间
超弦理论认为：宇宙真正的时空，其实是一个十维的空间，其中四维是爱因斯坦的时空流形（也就是我们的日常生活空间），另外一个和它垂直的还有一个很小很小的六维流形。在这个十维空间中，有一种最小单位的弦纵横其中。
以类比的说法，十维空间是宇宙这座大琴的音箱，拨动这些弦造成不同的音高与音色，于是产生不同的基本粒子，进而发展出所有的物质与作用力。
（最新的M理论7，有别于超弦理论，认为宇宙是从十一维开始演进的。）
M理论：作为“物理的终极理论”而提议的理论，M理论希望能藉由单一个理论来解释所有物质与能源的本质与交互关系。其结合了五种超弦理论和十一维空间的超引力理论。
为了充分了解它，爱德华·威滕博士认为需要发明新的数学工具。1984至1985年，弦理论发生第一次革命，其核心是发现“反常自由”的统一理论；1994至1995年，弦理论又发生既外向又内在的第二次革命。
弦理论演变成M理论。由于弦革命的巨大影响力，其主要研究者爱德华·威滕(Edward Witten)被美国《生活》周刊评为二战后排名第六的“最有影响的人物”。
M理论结构图
4.霍金，平行宇宙
平行宇宙（parallel universes）是指多元宇宙中所包含的各个宇宙。多元宇宙是一个理论上的无限可能存在的宇宙集合，包括了一切存在和可能存在的事物：所有的空间、时间、物质、能量以及描述它们的物理法则和物理常数。
物理学家休·埃弗雷特提出了自己对量子测量问题的想法。他指出，在量子力学中，存在多个平行的世界，在每个世界中，每次量子力学测量的结果各自不同，因此不同的历史发生在不同的平行宇宙中。
黑洞是使霍金名满天下的研究，在那之后，他创立了量子宇宙学（quantumcosmology），以爱因斯坦的古典宇宙学为出发点，再将整个宇宙量子化，试图完成那个前辈物理学家的未竟事业“统一场论”，统合小到夸克、大到银河星际甚至整个宇宙的所有自然律。事实上，霍金的理论甚至远远超出了我们的宇宙！
他的新构想是将整个宇宙看成一个量子粒子，用宇宙波函数来描述多重宇宙（不止一个，是无数个宇宙）的无穷集合。按照霍金的理论，我们的宇宙，只是无数的平行宇宙之一，每个宇宙都透过复杂的虫洞系统与其他宇宙相连结。
如果霍金说的没错，世上就存在着无数的平行宇宙。其中很多宇宙具有不同的物理常数，大多数宇宙都是一片死寂，不具备孕育生命的物理定律。但是在某一个宇宙中，它的物理定律恰好符合生命的条件，这就是我们的宇宙。