科学|漫话四维空间


我们生活在一个由长、宽、高构成的三维空间 。 可是 , 还有比我们更高维度的生物存在吗?要想弄清这个问题 , 我们得先从一维生物谈起 。
一维简而言之就是一条线 。 在这线上只有前后 。 如果有一种一维的生物叫“线虫” 。 它一生都只能在这条线上生存 。 要么直线前进去觅食 , 要么后退回巢穴 。 可是如果它生存的直线被截断了 , 猎物却在被截断直线的另一段 。 可怜的小线虫面对这天堑 , 只得仰天怒吼:“为什么食物会在世界的另一端?我这辈子都甭想过去了!”

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想拯救我们可怜的小线虫 , 就只能增加维度了 。 点动成线 , 线动成面 。
此时 , 我们来到了二维世界——平面 。
小线虫也已经由一维生物进化为二维生物 。 它不仅可以前后运动 , 还能左爬右挪 。 当它再次面对天堑时 , 直接从旁边绕过去就行了 。 这次小线虫捕获猎物不费吹灰之力 。
我们的小线虫恋爱了, 女方叫萍萍 。
一天 , 小线虫如往常一样出门去约会 。 突然 , 平面上出现了圆形的大窟窿 。 可怜的小线虫 , 绕呀绕 , 费了老半天的时间 , 才绕过窟窿 , 抵达萍萍家里 。 面对萍萍的一通埋怨 , 小线虫也是有苦难言 。 自从 , 出现了这个圆形窟窿 , 小线虫每次出门都费老大的劲了 。 小线虫仰天怒吼:“为什么世界会塌这么个大窟窿 , 我这辈子都耗在这窟窿上了 。 我的萍萍啊!”

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为了拯救这段爱情 , 就只能增加维度了 。 点动成线 , 线动成面 , 面动成体 。
此时 , 来到了三维世界 。
小线虫进化为和我们一样的三维生物了 。 小线虫不仅能前后、左右移动 。 它还能上下蹦跶 。
当它去萍萍家约会时 , 面对门前的大窟窿 。 我们的小线虫身体蜷曲成个“S”形 , 后肢猛然用力 , 纵身一跃 , 成功越过了以前要费半天时间才能绕过的窟窿 。
故事的结局 , 小线虫和萍萍幸福地生活在了一起 。

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果然 , 增加了一个维度 。 我们简直如有神助 。 那在我们之上的四维空间是怎样的呢?
一条直线是一维的 , 一个正方形平面是二维的 , 一个正方体是三维的 。 其实低维度就是高维度的投影 。 想象我们在阳光下放一个正方体 , 地上会出现一个正方形的阴影 。 由此 , 我们往上推理 。 三维空间的正方体是四维空间的物体的投影 。 科学家把这种四维空间的物体称为超正方体(超立方体) 。
超正方体 , 在几何学中是立方体的四维类比 。 是四维凸正多胞体 , 有八个立方体胞 。

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我们普通人想要理解四维空间确实很困难 。 科学家研究高维空间都是以数学作为工具 。
举个例子吧 , 在古代我们面对一座大山 , 想要通过 , 只得绕很远的路 。 此时 , 假设我们的小线虫已经进化为四维生物 。 当它想通过此山 , 小线虫只需蜷身一跃 , 然后消失在我们眼见 。 瞬时 , 小线虫出现在了山的另一边 。 它已从更高的维度轻松“跳”过了大山 。

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现在最前沿的大一统理论非弦理论莫属了 。 该理论认为宇宙有十一维 。 只是其他维度蜷缩得十分厉害 。 我们难以察觉 。 目前 , 人类最先进的仪器能够探测到一百亿亿分之一米的结构 。 若是维度再蜷缩得小些 , 我们也无能为力了 。


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