「三维空间」二维空间的闭合是圆,三维空间的闭合是球,四维空间的闭合是啥?


「三维空间」二维空间的闭合是圆,三维空间的闭合是球,四维空间的闭合是啥?
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「三维空间」二维空间的闭合是圆,三维空间的闭合是球,四维空间的闭合是啥?
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「三维空间」二维空间的闭合是圆,三维空间的闭合是球,四维空间的闭合是啥?
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自古以来 , 空间和时间一直是科学家探索的对象 , 时间的维度不好把握 , 有人说是一维 , 有人说四维 。 早在公元前300年 , 古希腊数学家欧几里得?就建立了角和空间中距离之间联系的法则 , 也就是欧几里德几何 。 后世数学家发现 , 这种数学空间可以被扩展 , 进而应用到任何有限维度 , 因此它被称之为“?n?维欧几里德空间” 。
以目前的情况来看 , 三维空间已经是数学家探索的极限了 , 迄今为止 , 四维空间也没有被证明出来 。 不过 , 寻求规律是数学家的天性 , 从一维到三维的闭合情况来看 , 不难想象四维空间的闭合情况 。 在物理学中 , “维”代表参数 , 零维是点、一维是直线、二维是面、三维是体 。 简单来说 , 二维就相当于一个圆 , 三维就是一个球 , 四维则是“折叠体” 。
俄裔德国数学家闵可夫斯基 , 曾在1909年提出了“闵可夫斯基空间”的概念 , 这是由一个时间维和三个空间维组成的时空 , 也就是经典的“3+1”时空 。 但是 , 他的说法却在后来被否定了 , 原因很简单 , 时间是粒子运动的结果 , 也是宇宙诞生的概念 , 时空并不能和空间划等号 。 此外 , 德国科学家乔治·波恩哈德·黎曼在《论几何基础假说》中 , 也只是提出四维空间的存在 , 并没有能力证明 。
【「三维空间」二维空间的闭合是圆,三维空间的闭合是球,四维空间的闭合是啥?】
麦比乌斯曾在《重心的计算》中指出 , 在三维空间中两个互为镜像的图形是不能重叠的 , 而在四维空间中却能叠合起来 。 众所周知 , 在三维空间中有实体一说 , 比如篮球、电视、房屋之类的 , 它们是真实存在的 , 根本无法依靠简单的“平移”就合二为一 , 但是在四维空间 , 这种情况也许能轻易实现 。 数学家为了证实这种情况 , 不得不尝试摆脱“数学是真实现象的描述”的观念 。
虚数的诞生是探索四维空间的一个里程碑 , 数学家将其作为直线上的一个定向距离 , 在此基础上 , 他们又把复数当作平面上的一个点或向量 , 这种解释方法 , 后世称之为“四元数” 。 1844年 , 格拉斯曼在四元数的启发下 , 发表了《线性扩张》一文 。 后来 , 他又在1862年将其修订为《扩张论》 , 在他的理论指导下 , 几何学逐渐从物理学中割裂出来 , 开始独立发展 。
如果用拓补解释四维空间的话 , 则会很简单:它均匀包裹三维空间 , 使其与空间外一点保持相等距离 , 每条测地线都围绕该点一周后闭合 。 换句话来说 , 在四维“折叠体”内部 , 存在一个有限无边界的三维空间 , 有限是指这个空间没在四维空间上无限延伸;无边界是指三维空间均匀散布在四维“折叠体”表面 , 没有任何断层或裂缝 , 光滑如镜 。
另外 , 还有一种更简单的办法表达四维空间 , 大家都知道 , 一张纸在二维空间内无法折叠 , 但在三维空间内却可以;那么 , 一个房子在三维空间无法折叠 , 那么在四维空间也许就可以 。 所以 , “折叠体”才是四维空间的闭合 , 它折叠了无数个三维空间 , 就像电影中的“穿墙术”一样 。 如果未来有一天 , 一个来自四维空间的人“嗖”地一下穿过了墙 , 大家也不要太过惊讶 。