爱因斯坦也曾经提出过一个意义深远的问题这个世界为什么是三维( 五 )


我们之所以是三维生物,是以为这个维度的空间里只存在三维的时间 。时间的不完整决定了空间的不完整 。我们不能认识其他维度的空间,是因为我们不具备在那个空间里面运动的时间 。时间的多样性决定的空间的多样性 。同时,因为时间的不同分解方式,注定了我们的三维空间也是相对的,它可以被命名为一维,二维 , 甚至是任意维——完全取决于不同的分解方式 。时间是决定维度的关键 , 同时 , 它也是决定低维物体高维存在方式的关键 。
让我们看看科学上的说法:低维是空间上读缺陷,它们不具备在高维世界内运动的空间 。关于这一点,有一个疑问,那就是我们怎么可以发现这个缺陷 。我们认为的低维不存在某一个空间长度,是因为我们无法确定它有那一个长度,也就是我们现在用最好的设备也无法观察到那一个长度差 。那么,将来呢?我们现在无法认证 , 可能将来会有人证明那个低维物体确实属于高维 。因此 , 低维与高维并不存在所谓的空间差 。那么 , 我们如何区别高维与低维?很简单,用时间 。用时间去解释任何一个纬度空间,我们也可以认为,低维之所以比高维低级,是因为它们存在时间上的缺陷,它们无法在时间范畴内感受高维的存在 。所以,我们要去了解低维或者高维,先要知道它们存在的时间范围 。高维与低维之间可以实现转化,道理是很简单的,只要加入或者去掉一个时间单位就可以了 。然而说起来很容易,做起来却很复杂,我们对时间的概念都是如此模糊,要想在空间范围类实现时间的转化就更困难 。
对四维空间,一般人可能只是认为在长、宽、高的轴上,再加上一根时间轴,但对于其具体情况,大部分的人仍知之甚少 。有一位专家曾打过一个比方:让我们先假设一些生活在二维空间的扁片人,他们只有平面概念 。假如要将一个二维扁片人关起来,只消用线在他四周画一个圈即可,这样一来,在二维空间的范围内,他无论如何也走不出这个圈 。现在我们这些生活在三维空间的人对其进行“干涉” 。我们只需从第三个方向(即从表示高度的那跟轴的方向),将二维人从圈中取出,再放回二维空间的其他地方即可 。对我们这些三维人而言,四维空间的情况就与上述解释十分类似 。如果我们能克服四维空间,那么,在瞬间跨越三维空间的距离也不是不可能 。
物理世界的四维空间
在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间 。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义 。
四维时空是构成真实世界的最低维度 , 我们的世界恰好是四维 , 至于高维真实空间 , 至少现在我们还无法感知 。我在一个帖子上说过一个例子 , 一把尺子在三维空间里(不含时间)转动 , 其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的 。四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系 。
四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量(或能量)并不是独立的,而是与运动状态相关的 , 比如速度越大 , 质量越大 。在四维时空里 , 质量(或能量)实际是四维动量的第四维分量 , 动量是描述物质运动的量 , 因此质量与运动状态有关就是理所当然的了 。在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢 。另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等 。值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述 。四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的 。可以说至少它比牛顿力学要完美的多 。至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑 。