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高維宇宙存在嗎?四維空間是什么樣的?難以描述的高維空間

維度這個(gè)概念提出后人類就一直對(duì)更高維度的空間念念不忘,尋找高維空間或者找到更高維度的理論成為我們一直追尋的目標(biāo)。在很多科幻作品中也加入了高維的概念,在《三體》小說中甚至將宇宙描述成了十一維,而且不僅有很多維度,這些高維空間還可以塌陷成低維空間。

我們生活在一個(gè)三維的時(shí)空當(dāng)中,對(duì)于三維及以下的空間結(jié)構(gòu)我們可以說有一套完整的理論。這挺正常,因?yàn)槿S空間其實(shí)兼容三維以下的物理表現(xiàn)。比如我們可以將零維描述成一個(gè)點(diǎn),一維描述成一條線,二維描述成一個(gè)面,將三維描述成一個(gè)立方體的空間。但高于三維的空間長什么樣我們無法想象,原因特別簡單,我們的想象都是建立在大腦對(duì)于已知事物的反射,沒見過的事物在我們的大腦中一片空白,大腦也無法憑空建立沒有見過的模型。

那么,四維空間到底長什么樣呢?我們?cè)谡砣S以下的維度特點(diǎn)時(shí)找到一個(gè)看似可以突破的方法,比如我們將每一個(gè)低維度空間看成高維度空間的投影。三維的立方體投影在二維平面上時(shí)就是一個(gè)平面,將二維的面豎直投影時(shí)就會(huì)得到一條線,將線豎直投影時(shí)就會(huì)得到一個(gè)點(diǎn)。以此類推,我們所處的三維空間是否也是四維空間在三維中的投影呢?克萊因瓶就是其中一個(gè)設(shè)計(jì),被認(rèn)為可能是四維在三維中的投影狀態(tài)。不過,我倒是認(rèn)為這有點(diǎn)扯淡。

投影問題只是我們根據(jù)光照的影像去想象的產(chǎn)物,因?yàn)閷?shí)際中的投影只是因?yàn)楣庹諏⑽矬w的三維結(jié)構(gòu)的一個(gè)面體現(xiàn)在平面上而已。相當(dāng)于將三維中的其中一維的信息丟失掉了,同理二維的投影也同樣丟失了其中一維的表現(xiàn)。并且無論是三維物體的投影,二維平面的投影,一維的投影其實(shí)都是它們?cè)诙S中的表現(xiàn)形式。零維是二維中的一個(gè)點(diǎn),一維是二維中的一條線,二維是二維中的一個(gè)面。投影只是一個(gè)將任何東西放在二維平面中的方法,也是我們解釋更低維度的方式,但用投影法去解釋更高維度就非常不合理了。

三維是一個(gè)維度分界線,在三維以下都是簡單維度空間,點(diǎn),線,面,立方體都是最簡單的?僧(dāng)在三維上增加一個(gè)維度時(shí),無論是什么樣的結(jié)構(gòu),使用投影的方法就很不合適了,因?yàn)槲覀儾荒鼙WC投影會(huì)失去一個(gè)維度還是兩個(gè)維度的信息。克萊因瓶只是我們認(rèn)為的一種循環(huán)結(jié)構(gòu),但我們不知道缺少的那個(gè)維度在哪,又是以什么形式存在的。

我們貌似進(jìn)入了一個(gè)誤區(qū),我們總是在空間上做文章,總覺得是否有一種在空間結(jié)構(gòu)上比三維多一個(gè)維度的空間,但三維之上的空間可能并不是在空間結(jié)構(gòu)上增加維度。我們的誤區(qū)在于我們并沒有完整的認(rèn)識(shí)維度,在我們這個(gè)時(shí)空,維度并非只有三維的空間和時(shí)間,還有更多。比如宇宙中的四種基本力是否也是四個(gè)維度呢?比如能量和物質(zhì)是否也應(yīng)該計(jì)算在維度之內(nèi)?還有暗物質(zhì),暗能量,這些其實(shí)都應(yīng)該算在我們的宇宙維度之中。

更高維度的宇宙或許并不是在空間結(jié)構(gòu)上有所不同,而是比我們的宇宙多出一些我們不知道的某種能量或者物質(zhì),又或者不同的力。這才應(yīng)該是我們的研究方向,整天死磕空間不會(huì)有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展,任你想破頭也不知道如何設(shè)計(jì)出一個(gè)空間上的高維度。有時(shí)候我們老是覺得一切皆有可能,但實(shí)際上宇宙的空間結(jié)構(gòu)也許只有三維是最穩(wěn)定的,無論是能量還是物質(zhì)又或者是空間,總是遵循著從不穩(wěn)定到穩(wěn)定,從無序到有序的定律。所以理論上來說在空間結(jié)構(gòu)不同的宇宙不存在,但包含更多其他維度的宇宙可能是存在的。

所以,所謂的四維宇宙也許在空間上和我們的宇宙并沒有什么不同,比如我們所說的暗物質(zhì),暗能量,如果在另一個(gè)宇宙中這些暗物質(zhì)和暗能量成為了可見物質(zhì)和能量時(shí),這個(gè)宇宙就可以稱為高維宇宙。另一個(gè)角度上來說,三維已經(jīng)足以描述空間構(gòu)成,任何一個(gè)宇宙都可以在三維的形式下容納更多其他維度。所以,尋找更高的空間維度其實(shí)沒有意義,就算找到了,我們也進(jìn)不去,那邊也過不來。我們尋找更多的其他維度才是真正需要的,比如暗物質(zhì),暗能量,如果能找到,是否就等于我們進(jìn)入更高的維度了呢?

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