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| 四維 | |
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四維，物理學中以維度來形容時空 坐標的數目，四維即四個維度，它是由無數個三維組成的，而三維是由無數個二維組成的。[1]
其他高維度的組成方式以此類推。三維以上的維度統稱高維度 [2]
基本信息
中文名 四維
外文名 four-dimensional
涉及學科 物理學，天文學，數學
基本介紹
基本概況 在物理學和數學中，一個n個數的序列可以被理解為一個n維空間中的位置。當n=4時，所有這樣的位置的集合就叫做四維空間。這種空間與我們熟悉並在其中居住的三維空間不同，因為它多一個維數。這個額外的維數既可以理解成時間，也可以直接理解為空間的第四維，即第四空間維數。
作為空間的第四維
第四維數可以用空間的方式理解，即一個有四個空間性維數的空間（「純空間性」的四維空間），或者說有四個兩兩正交的運動方向的空間。這種空間就是數學家們用來研究四維幾何物體的空間，與愛因斯坦提出的時間作為第四維數的理論不同。
關於這一點，考克斯特曾寫道：把時間作為第四維數帶來的好處即使有的話也是微不足道的。實際上，H. G. 威爾在《時間機器》中發展的這種十分吸引人的觀點導致了J. W. 杜恩（《時間實驗》）等作者對相對論的非常錯誤的理解。
閔可夫斯基的時空幾何是不符合歐幾里得體系的，所以也就與當前的研究沒有關係。---
H. S. M. 考克斯特, Regular Polytopes
從數學方面講，普通三維空間集合的四維等價物是歐幾里得四維空間，一個四維歐幾里得賦范向量空間。一個向量的「長度」。
以標準基底表示就是
也就是勾股定理向四維空間進行的很自然的類比。這就讓兩個向量之間的夾角很容易定義了（參見歐幾里得空間）。
正交性
在我們熟悉的三維空間裡，有三對主要方向：上下（高度），南北（緯度），東西（經度）。這三對方向兩兩正交，也就是說，它們兩兩成直角。從數學方面講，它們在三條不同的坐標軸x、y、z上。計算機圖形學中講的深度緩衝指的就是這條z軸，在計算機的二維屏幕上代表深度。
純空間性的四維空間另有一對垂直於其他三個主要方向的主要方向。這一對方向處在另一條同時垂直於x、y、z軸的坐標軸上，通常稱作w軸。對這兩個方向的命名，人們的看法不一。一些現行的命名有安娜/卡塔，斯皮希圖/斯帕提圖，維因/維奧，和宇普西龍/德爾塔。這些額外的方向處於（實際上是垂直於）我們所能觀察到的三維世界中的方向之外。
作為時間的第四維
當人們說到「四維空間」時，經常指的都是關於時間的概念。這其實是一種誤解,關於時間的概念的"四維空間"被命名為"四維時空".在這種情況下，"四維空間"可以理解為三維空間附加一條時間軸。這種空間叫做閔可夫斯基時空或「(3 + 1)-空間」。這也是愛因斯坦在他的廣義相對論和狹義相對論中提及的四維時空概念。
維數類比
要理解四維空間的本性，我們可以利用一種稱為「維數類比」(dimensional analogy) 的方法。維數類比是指通過研究 n - 1 維與 n 維之間的關係，來推斷 n 維與 n + 1 維之間會有什麼樣的關係。
埃德溫·阿伯特·阿伯特在他的書扁平的世界 (Flatland)中運用維數類比，講述了在一個扁平得就像一張紙的二維世界中生活的一個正方形的故事。在這個正方形的眼中，生活在三維世界中的人們擁有近乎神的力量，因為他們能在不打破（二維的）保險箱的情況下從其中把東西（通過移入移出三維空間的方法）取出，能看到所有在二維世界看來是被擋在牆後面的東西，甚至能站在離二維世界幾英寸的地方來保持「隱形」。
通過應用維數類比，人們可以推斷，四維空間中的人在我們三維的視角看來應該有類似的神奇能力。魯迪·拉克在他的小說空間世界 (Spaceland)中展示了這一點。小說的主人公就遇到了具有神奇能力的四維人。
相關理解
四維空間的長、寬、高、時間四條軸
可以去這麼理解，首先，一維，就是一條線。時間也可以看做時間線。你把一個長寬高的3維坐標世界無限縮小到一個點，然後讓他（這個點，既三維世界）沿着時間軸方向運動（既時間流逝），這個就稱為4維。
當然，如果時間是有枝節的，就想科幻里說的的有N種過去，或者N種未來的，也就是我們3維這個點在平面或者更高的級別運動。那麼有可能我們的世界的空間是4維度及以上。。未加證明。
同樣有一種說法，將四維空間理解為可扭曲的三維空間。將一張紙比喻為二維，它的無限疊加則為三維，那麼將這張紙進行彎曲，同樣可以出現三維效果。以此推斷，三維空間的扭曲是否就是四維？當然，它的扭曲方向不能限於其本身的長、寬、高。按照一般的理解，時間是普遍所認知的第四維元素，如果四維空間中時間可發生扭曲，無數小說和電影中所描述的穿越時空極可能會成為現實。
但是也有少數人有所質疑，如果二維空間也有生物存在，那麼它們的生命發展過程也應有時間的存在，按照時間為第四維的說法推斷，二維生物有可能會認為三維空間是由長、寬、時間組成，但事實上並非如此。
另一個四維空間
想像一下我們打算看一下現在幾點了，當我們看手錶的時候，從手錶反射過來的光子擊中了我們的視網膜。真正觸動我們視網膜的東西，是這些光子的能量和動量，根據光子的這些信息，我們的大腦分析出了手錶所顯示的時間。所以我們其實是處在 由能量和動量所組成的的空間中。
由能量和動量所組成的的空間，這個空間在物理學上叫做----動量空間。與四維時空類似，動量時空也是四維的，其中的一維是能量，而另外三維，是動量的三個分量。
表面看起來，科學家構建出來的動量空間似乎只是個數學遊戲，四維空間已經很好地解釋了宏觀世界，我們再構建個動量空間，似乎沒有必要。但其實在某些方面，動量空間比四維空間顯得更加真實。
比如在粒子對撞機中，粒子們高速地相撞，變成其他一些粒子，涉及到能量和動量的轉換；我們利用天文望遠鏡觀察遙遠的天體，實際上我們觀察到的不過是光子的能量和動量這類信息。至少從這些觀察上講，無論宏觀世界還是微觀世界，我們也許並不是生活在時間和空間中，而是生活在能量和動量構成的動量空間裡。
延伸
同樣的，也有五維空間、六維空間、七維空間......十一維空間等等。
我相信，在科學的進步下，總有一天能夠揭開這些似乎深奧的秘密。
四維是什麼概念
物理學中以維度來形容時空坐標的數目，四維即四個維度，它是由無數個三維組成的，而三維是由無數個二維組成的。其他高維度的組成方式以此類推。三維以上的維度統稱高維度。
定義
維度是一個空間概念，不同的維度代表着不同的空間。比如一維空間指的是直線；二維空間指的是平面；三維空間指的是立體空間；而四維指的是時間，為什麼呢？前面說了，四維是由三維空間組成的，三維空間是靜止的，用什麼把無數的三維空間連接起來的呢？
是時間。所以，在四維空間裡從過去到未來的所有時間空間會交織纏繞在一起，可以被肉眼所看見。
性質
科學家已經證明，我們宇宙的空間結構的確有延伸的維，也有捲縮的維。就是說，我們的宇宙有像水管在水平方向延伸的、大的、容易看到的維，也有像水管在橫向上的圓圈那樣捲縮的維。那些緊緊捲縮的維存在於一個微小的空間裡，即使用目前我們最精密的儀器也無法探測到它們。
四維及四維以上的空間是什麼概念
1.從一維空間到十維空間的說明：
零維：點的維度；
一維：線的維度；
二維：面的維度；
三維：立體的維度；
四維：時間的維度；
五維：翹曲時間的維度；
六維：可能性的維度；
七維：單一宇宙全部可能性的維度；
八維：多重宇宙的維度；
九維：翹曲多重宇宙的維度；
十維：全部世界的維度（同時也是點的維度）；
讓我們先釐清一個重要概念：
2.維度和多維宇宙
一隻在直線上行走的毛毛蟲只能前後移動，所以，我們把直線或曲線叫做：一維空間；
一隻阿米巴扁平蟲可以在球面上前後左右移動，所以，我們把平面或曲面叫做：二維空間；
一隻鳥在我們的空間可以上下前後左右移動，所以，我們的空間叫做是：三維空間；
（加上時間一維，我們的世界是四維的，合稱時空。在這個時空中你要準確標定一個點，需要四個數字，比如：淮海路、馬當路交界，二樓，下午四點。）
依此類推……
如果，有人告訴你，多維空間（四維以上）的人，看着我們的保險柜或房子時根本就是內外一目了然，就像我們看着二維平面上的圓圈一樣，你會不會大惑不解、無法想象、或者毛骨悚然？
當然，對於眼見為憑來說，這其實涉入了一個哲學難題。如果眼見才是真實的，那麼高維度的對象就不是真實的。但從另一個角度來看，人不過是動物中的一種，阿米巴扁平蟲只能感知二維的世界，我們如何證明我們所能感知的所謂真實，豈不是也受限於我們自己的認知條件？
必須承認的事實是：人類的大腦和眼睛，只是為了應付三維空間和四維時空的各種情況演化出來的，因此它們不具備辨識和解析高維度空間物體的能力。
3.十維空間
超弦理論認為：宇宙真正的時空，其實是一個十維的空間，其中四維是愛因斯坦的時空流形（也就是我們的日常生活空間），另外一個和它垂直的還有一個很小很小的六維流形。在這個十維空間中，有一種最小單位的弦縱橫其中。
以類比的說法，十維空間是宇宙這座大琴的音箱，撥動這些弦造成不同的音高與音色，於是產生不同的基本粒子，進而發展出所有的物質與作用力。
（最新的M理論7，有別於超弦理論，認為宇宙是從十一維開始演進的。）
M理論：作為「物理的終極理論」而提議的理論，M理論希望能藉由單一個理論來解釋所有物質與能源的本質與交互關係。其結合了五種超弦理論和十一維空間的超引力理論。
為了充分了解它，愛德華·威滕博士認為需要發明新的數學工具。1984至1985年，弦理論發生第一次革命，其核心是發現「反常自由」的統一理論；1994至1995年，弦理論又發生既外向又內在的第二次革命。
弦理論演變成M理論。由於弦革命的巨大影響力，其主要研究者愛德華·威滕(Edward Witten)被美國《生活》周刊評為二戰後排名第六的「最有影響的人物」。
M理論結構圖
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個宇宙。多元宇宙是一個理論上的無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：所有的空間、時間、物質、能量以及描述它們的物理法則和物理常數。
物理學家休·埃弗雷特提出了自己對量子測量問題的想法。他指出，在量子力學中，存在多個平行的世界，在每個世界中，每次量子力學測量的結果各自不同，因此不同的歷史發生在不同的平行宇宙中。
黑洞是使霍金名滿天下的研究，在那之後，他創立了量子宇宙學（quantumcosmology），以愛因斯坦的古典宇宙學為出發點，再將整個宇宙量子化，試圖完成那個前輩物理學家的未竟事業「統一場論」，統合小到夸克、大到銀河星際甚至整個宇宙的所有自然律。事實上，霍金的理論甚至遠遠超出了我們的宇宙！
他的新構想是將整個宇宙看成一個量子粒子，用宇宙波函數來描述多重宇宙（不止一個，是無數個宇宙）的無窮集合。按照霍金的理論，我們的宇宙，只是無數的平行宇宙之一，每個宇宙都透過複雜的蟲洞系統與其他宇宙相連結。
如果霍金說的沒錯，世上就存在着無數的平行宇宙。其中很多宇宙具有不同的物理常數，大多數宇宙都是一片死寂，不具備孕育生命的物理定律。但是在某一個宇宙中，它的物理定律恰好符合生命的條件，這就是我們的宇宙。