维度的了解

萧宏峻
2023-12-01

零维是维度的基点,即点。也就是没有维度的,没有发散和方向的维度。它没有空间,没有物质,一切皆无。也可以说它是全部,是所有,是存在。用于解释为什么有宇宙,宇宙的物质从哪里来的,时间的不间断和前进态是零维的表达。零维更多于在物理学上的哲学意义。零维并不能被称为零维空间,因为零维既不是空间也不是时空,零维只是一个概念,就是没有任何维度。可以说,没有任何物质,在这里,没有任何感觉,一切东西都好像静止了。无论是几维空间,在零维下都将不复存在。最开始,宇宙中的所有物质能量、时间空间的概念都集中于一个体积无限小,密度无限大的点,也就是零维。后来这个点发生了大爆炸,由零维诞生出了11个维度,构成了现今的十一维空间,使时间开始流逝(时间不是一个维度,时间只是用来描述空间运动的一个物理量,因此认为四维空间是三维空间加一维时间的想法都是错的),进而形成了我们所认识的这个宇宙。零维犹如我们的思想,甚至可能我们的思想就存在于零维。它没有大小、没有维度。它只是被想象出来的、作为标志一个位置的点。它什么也没有,空间、时间通通不存在,这就是零维度。在零维里,不像我们生存在的三维世界,这里你感受不到一切,碰不到一切,不像我们三维世界,你看得到那棵树,你摸得到你家的猫,你可以呼吸……甚至可以说,你是不存在的

一维,是一个天文学名词。指的是一条线,在理解上即为左-右一个方向。也可理解为点动成线,指没有面积与体积的物体。一维实际是指的是一条线,在理解上即为左-右一个方向(如:时间)。也可理解为点动成线,指没有面积与体积的物体。他没有长,没有宽。一维空间中的物体,只有长度,没有宽度和高度。打一个比方,我们要把一个一维的物体(实际上就是一条线段)关起来,只需要在它的两端各加一个点就可以了。直线上有无数个点,实际上就是一维空间。一维空间里如果有"人",那他们的形象就是直线上方的一个点。其实,点也是一维(二维、三维)空间,不过这个一维(二维、三维)空间是无限小的。

在一个平面上的内容就是二维。 二维即左右、前后两个方向,不存在上下。在一张纸上的内容就可以看做成是二维。 即只有面积,没有体积。二维是平面技术的一种,例如普通的平面动漫,称之为二维动漫、简称二维。(富有立体感的是三维)。在一个平面上的内容就是二维。二维是平面技术的一种,例如普通的平面动漫,称之为二维动漫、简称二维。(富有立体感的是三维)。在数学和物理学研究中,一维过于简单,而三维又过于复杂,二维的"平原"刚好可以让研究者们有足够的空间发挥自己的才智。但二维并不仅仅是草稿纸上的虚拟空间,它在现实中的价值也很大。2004年,科学家首次在实验室生产出了"二维物质"--只有一个碳原子厚的平面,类似于通常人们熟悉的石墨。这种石墨板有许多让人兴奋的用途,比如电子可以射穿它的表面,却不会被阻挡。二维石墨会是未来计算机的电路板。这还不是它的全部用途,我们将来也许可以利用二维石墨这样的材料,制造出能够在室温下工作的超导体。

三维空间,也称为三次元、3D,日常生活中可指由长、宽、高三个维度所构成的空间。而且日常生活中使用的“三维空间” 一词,常常是指三维的欧几里德空间。2018年3月5日,中国科学家曹原首次在三维空间发现量子霍尔效应。点的位置由三个坐标决定的空间。客观存在的现实空间就是三维空间,具有长、宽、高三种度量。数学、物理等学科中引进的多维空间的概念,是在三维空间的基础上所做的科学抽象。也叫三度空间。长、宽、高便构成“三维空间”。三维即前后—上下—左右。三维的东西能够容纳二维。三维空间的长、宽、高三条轴是说明在三维空间中的物体相对原点O的距离关系。三维空间,日常生活中可指由长、宽、高三个维度所构成的空间。而且日常生活中使用的“三维空间”一词,常常是指三维的欧几里得空间。在历史上很长的一段时期中,三维空间被认为是我们生存的空间的数学模型。当时的物理学家认为空间是平坦的。二十世纪以来,非欧几何的发现使得实际空间的性质有了其它的可能性。而相对论以及相应的数学描述:闵可夫斯基时空将时间和空间整体地作为四维的连续统一体进行看待。弦理论问世以后,用三维空间来描述现实中的宇宙已经不再足够,而需要用到更高维的数学模型,例如十维的空间。

数学中,一个n个数的序列可以被理解为一个n维空间中的位置。当n=4时,所有这样的位置的集合就叫做四维空间[1]。这种空间与我们熟悉并在其中居住的三维空间不同,因为它多一个维数。这个额外的维数既可以理解成时间,也可以直接理解为空间的第四维,即第四空间维数作为空间的第四维第四维数可以用空间的方式理解,即一个有四个空间性维数的空间(“纯空间性”的四维空间),或者说有四个两两正交的运动方向的空间。这种空间就是数学家们用来研究四维几何物体的空间,与爱因斯坦提出的时间作为第四维数的理论不同。关于这一点,考克斯特曾写道:把时间作为第四维数带来的好处即使有的话也是微不足道的。实际上,H. G. 威尔在《时间机器》中发展的这种十分吸引人的观点导致了J. W. 杜恩(《时间实验》)等作者对相对论的非常错误的理解。闵可夫斯基的时空几何是不符合欧几里得体系的,所以也就与当前的研究没有关系。---从数学方面讲,普通三维空间集合的四维等价物是欧几里得四维空间,一个四维欧几里得赋范向量空间。一个向量的“长度”。也就是勾股定理[2]向四维空间进行的很自然的类比。这就让两个向量之间的夹角很容易定义了(参见欧几里得空间)。在我们熟悉的三维空间里,有三对主要方向:上下(高度),南北(纬度),东西(经度)。这三对方向两两正交,也就是说,它们两两成直角。从数学方面讲,它们在三条不同的坐标轴xyz上。计算机图形学中讲的深度缓冲指的就是这条z轴,在计算机的二维屏幕上代表深度。纯空间性的四维空间另有一对垂直于其他三个主要方向的主要方向。这一对方向处在另一条同时垂直于xyz轴的坐标轴上,通常称作w轴。对这两个方向的命名,人们的看法不一。一些现行的命名有安娜/卡塔斯皮希图/斯帕提图维因/维奥,和宇普西龙/德尔塔。这些额外的方向处于(实际上是垂直于)我们所能观察到的三维世界中的方向之外。作为时间的第四维当人们说到“四维空间”时,经常指的都是关于时间的概念。这其实是一种误解,关于时间的概念的"四维空间"被命名为"四维时空".在这种情况下,"四维空间"可以理解为三维空间附加一条时间轴。这种空间叫做闵可夫斯基时空或“(3 + 1)-空间”。这也是爱因斯坦在他的广义相对论狭义相对论中提及的四维时空概念。要理解四维空间的本性,我们可以利用一种称为“维数类比”(dimensional analogy) 的方法。维数类比是指通过研究 n - 1 维与 n 维之间的关系,来推断 n 维与 n + 1 维之间会有什么样的关系。埃德温·阿伯特·阿伯特在他的书扁平的世界 (Flatland)中运用维数类比,讲述了在一个扁平得就像一张纸的二维世界中生活的一个正方形的故事。在这个正方形的眼中,生活在三维世界中的人们拥有近乎神的力量,因为他们能在不打破(二维的)保险箱的情况下从其中把东西(通过移入移出三维空间的方法)取出,能看到所有在二维世界看来是被挡在墙后面的东西,甚至能站在离二维世界几英寸的地方来保持“隐形”。通过应用维数类比,人们可以推断,四维空间中的人在我们三维的视角看来应该有类似的神奇能力。鲁迪·拉克在他的小说空间世界 (Spaceland)中展示了这一点。小说的主人公就遇到了具有神奇能力的四维人。四维空间的长、宽、高、时间四条轴可以去这么理解,首先,一维,就是一条线。时间也可以看做时间线。你把一个长宽高的3维坐标世界无限缩小到一个点,然后让他(这个点,既三维世界)沿着时间轴方向运动(既时间流逝),这个就称为4维。当然,如果时间是有枝节的,就想科幻里说的的有N种过去,或者N种未来的,也就是我们3维这个点在平面或者更高的级别运动。那么有可能我们的世界的空间是4维度及以上。。未加证明。同样有一种说法,将四维空间理解为可扭曲的三维空间。将一张纸比喻为二维,它的无限叠加则为三维,那么将这张纸进行弯曲,同样可以出现三维效果。以此推断,三维空间[3]的扭曲是否就是四维?当然,它的扭曲方向不能限于其本身的长、宽、高。按照一般的理解,时间是普遍所认知的第四维元素,如果四维空间中时间可发生扭曲,无数小说和电影中所描述的穿越时空极可能会成为现实。但是也有少数人有所质疑,如果二维空间也有生物存在,那么它们的生命发展过程也应有时间的存在,按照时间为第四维的说法推断,二维生物有可能会认为三维空间是由长、宽、时间组成,但事实上并非如此。想像一下我们打算看一下现在几点了,当我们看手表的时候,从手表反射过来的光子击中了我们的视网膜。真正触动我们视网膜的东西,是这些光子的能量和动量,根据光子的这些信息,我们的大脑分析出了手表所显示的时间。所以我们其实是处在 由能量和动量所组成的的空间中。由能量和动量所组成的的空间,这个空间在物理学上叫做----动量空间。与四维时空类似,动量时空也是四维的,其中的一维是能量,而另外三维,是动量的三个分量。表面看起来,科学家构建出来的动量空间似乎只是个数学游戏,四维空间已经很好地解释了宏观世界,我们再构建个动量空间,似乎没有必要。但其实在某些方面,动量空间比四维空间显得更加真实。比如在粒子对撞机中,粒子们高速地相撞,变成其他一些粒子,涉及到能量和动量的转换;我们利用天文望远镜观察遥远的天体,实际上我们观察到的不过是光子的能量和动量这类信息。至少从这些观察上讲,无论宏观世界还是微观世界,我们也许并不是生活在时间和空间中,而是生活在能量和动量构成的动量空间里。  

五维指的是能量无界限。据俄罗斯《宇宙信息分析高架网》报道:俄罗斯引力协会科学家在乌里扬诺夫斯克市举办的宇宙学研讨会上称,人类可以沿"黑洞"在时间机器上旅行。国立莫斯科大学德米特里·戈利采夫教授指出,宇宙学家发现了令爱因斯坦相对论受到怀疑的第五维空间。五维空间,简单的讲就是时间具有了不一样的速度。因为四维空间时间的速度是一样的。科学家们认为,三维空间模型已经是非现实的,宇宙学家将时间看作第四维,而第五维指的是能量无界限。根据科学家的假设,宇宙是平坦的,而这就有可能作时光旅行。宇宙学家认为,如果能成功建成特殊的时间机器的话,通过黑洞就可以完成这样的旅行。这样的时间机器将能从一个黑洞向另一个黑洞打通路程,突然出现在我们预先规定的将来,或是出现在我们预先规定的过去。存在这样一种可能性,即通过相反途径很容易返回到我们的空间中来。戈利采夫教授指出,黑洞已经能在实验室条件下产生。三维的时间是静止的,当三维世界以时间为基准发生变化时,四维空间就产生了,如果把时间看作一根轴线,则这个轴线上的任意一个点,都是一个三维空间,也就是说无数个三维空间依据时间轴线集合,构成了四维空间。在四维空间中,时间呈线性进行,虽然未来不可预测,但源头只有一个,将来也只有一个,不管下一秒将发生什么,即将发生的未来只有一个。同样,忽略了三维属性后,我们将会发现,任意一个四维物体在时间轴上都表现为一条线段。五维空间的提出,跟暗物质发现是密切相关的,学界说法呢,就是:暗物质发现证实意味着人类知识能力进入五维空间,是个突破性的质变,譬如,五维空间可能有助于获得"反物质"能源。那能源有多厉害?科学家们介绍说,一个一分钱硬币大小质量的"反物质"能源,其能量释放可使现有特大宇航作业做60次往返,且十分接近光速。宇宙里到处都有暗物质,获得反物质能源是"随时随地"可取的。就是说呢,那样一来,不仅是太阳系或银河系旅行了,就是做做星系旅行、甚至通过时空隧道(虫洞)做两个宇宙间的旅行,也不是可望而不可及的了。更有意味的是,一旦实现五维空间能源的认识证实和获得能力,那就意味着进入六维空间的大门打开了。五维空间是在四维空间的基础上,把匀速时间速率做自定义调整。一个应用就是时间通信。时间通信就是在五维空间内讲时间的速率做不同变化而,比如用快和慢表示0和1,进行表意。一个应用就是代谢加速/减缓衰老在五维空间内的时间速率减低情况下,衰老来的慢一下,反之在高速时间流逝的过程中代谢加速有助于伤口愈合或是新陈代谢。在五维空间内,由于时间是线性存在,人体不会感觉到和生活在思维空间有什么不同。来自2007年2月2日的《物理评论快报》的一则消息称:威斯康星大学麦迪逊分校的一位物理学家从太空中寻找灵感,提出了这样的一个假设,在物理学"弦论"的基础下,人类的世界并不完整。除了三维空间和时间之外,还应该存在另外六个空间维度。这些"隐藏"的空间维度以极其微小的几何形状卷曲在我们宇宙的每一个点中。六维空间可以接纳任何可能的形状,而且都与其自身的世界相一致,具有其自身的物理学规律。我们都知道,自己生活在三维空间之中,如果加上时间,那么是四维时空。可有科学家称,还有另外六个空间维度是人类至今不知的。来自2007年2月2日的《物理评论快报》的一则消息称:威斯康星大学麦迪逊分校的一位物理学家从太空中寻找灵感,提出了这样的一个假设,在物理学"弦论"的基础下,人类的世界并不完整。除了三维空间和时间之外,还应该存在另外六个空间维度。这些"隐藏"的空间维度以极其微小的几何形状卷曲在我们宇宙的每一个点中。六维空间可以接纳任何可能的形状,而且都与其自身的世界相一致,具有其自身的物理学规律。这无疑像一颗重磅炸弹落在物理学界。如果真的有六维空间存在,那么爱因斯坦的"相对论"就显示了其理论自身的不完善。人类为什么看不见其它六维中国科学院理论物理所朱传界教授告诉记者,"宇宙应该是十维的"是根据一种超弦理论的论证,科学家通过数学方程计算得出的结论。就目前而言,人们只了解一维直线、二维平面、三维空间以及爱因斯坦提及的"四维时空"概念。除此之外,"超弦理论"预测还应该存在另外六个人类未知的空间维度。朱教授以水管为例说,当人们站在这根水管的正面看时,水管就是一条直线,我们就只看到了它的前后,它就是一维的。当人们站在一个平面里,看这根水管,就能看到水管的前后、左右,那么人们就看到了它就是二维的。当人们在一个立体的空间里看这个水管,它的前后、左右、上下都收纳在我们的眼中,那么它就是三维的。

总结:

零维

是一个无限小的点,没有长宽高,没有时间。就是一个单纯的孤立点。

一维

是一条线,不讲粗细,也不讲长短。(一条线,不是一条直线。一条直线需要一个平面定义。)

二维

即左右、前后两个方向,不存在上下。在一张纸上的内容就可以看做成是二维。即平面,没有厚度。

三维

就是在二维的基础上多了一部分,是立体的。(一般认为人类所生存的空间即为三维空间) 也可以看做是由长、宽、高组成的世界。三维是由二维组成的,二维即只存在两个方向的交错,将一个二维按一个一维叠合在一起就得到了三维。

三维具有立体性,但我们俗语常说的前后,左右,上下都只是相对于观察的视点来说。没有绝对的前后,左右,上下。就是人们生活的空间,在以我们自己为中心,那么三维就是你的前后方向(第一维),你的左右方向(第二维),你的头顶和脚下这个方向(第三维)。

四维

就是在三维的空间里能够从一个地方瞬间移动到另一个地方,不容受到时间的束缚,因而可以使沿着时间轴时间放慢或加快脚步.也有可能沿着时间轴逆向行驶,即时间回转。若是虚时间与三维空间组成的四维空间,则在时间轴的尽头可以避免奇点现象的发生。四维就是对我们的所在的生活空间中添加一个时间的维度,从此我们就能够有历史的概念,不仅是前面所提的你个人位置的前后左右上下,还应该有过去现在未来的维度。这样形成的"空间"就是我们能够理解的四维。在数学中,四个相互独立的变量就可以形成四维的"空间"。

五维

它是由无数个四维空间根据某一轴线集合而成的。一个五维空间的物体,应该是跨越不同时间轴线的。在任意一个时间轴线上我们只能观察到它的一部分。

六维

六维空间的存在是证实"超弦理论"的主要方面。六维空间可以接纳任何可能的形状,而且都与其自身的世界相一致,具有其自身的物理学规律。除了四维时空,另有六个人类未知的空间维度

 

 

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