我们经常会听到三维空间,四维时空,四维空间的概念,三者有什么区别呢?
简单讲,前面两个是真实存在的,而最后一个是虚幻的概念,我们并不知道四维空间是否真的存在,四维空间更多的只是数学概念里的虚幻概念。
三维空间很简单,通俗理解就是由三个维度组成的空间,分别是长度,宽度和深度,用数学方法来描述是这样的,通过一个点由三条直线组成的空间,就是三维空间。
而四维时空就是在三维空间的基础上再加上时间维度,能够看出,时间被当成了额外的一个维度,这个维度与空间上的三个维度是平行的关系。不同的是,空间上的三个维度有两个方向,而时间维度只有一个方向,那就是向前。
有人可能会提出质疑:时间怎么可能是一个维度呢?时间看不见摸不着,不可能是一个维度。甚至有人提出时间根本就不存在,是人为定义的虚幻概念。
那么,时间到底是不是一个维度呢?
从爱因斯坦的狭义相对论来看,时间确实是一个维度,与空间上三个维度是平等关系。时间和空间上的三个维度一起组成了四维时空,而四维时空也是狭义相对论的基本背景。
在爱因斯坦的相对论体系下,时间不仅仅是一个维度,而且时间和空间维度是不可分割的。任何把时间和空间分割开来讨论的行为,其实都是没有意义的。空间和时间都不能单独存在,两者相辅相成,必须同时存在。
说白了,平时我们所说的“三维空间”其实是没有意义的,因为空间维度不可能脱离时间维度而单独存在。也就是说,并不存在只有空间的世界。
深层的意义在于,时间,空间和物质三者必须同时存在,单独的四维时空也不可能存在,必须有物质的参与。因为时间说白了就是物质的运动,没有了物质,自然就不会有时间,也不可能存在空间。
可以这么通俗理解,时间和空间其实也可以认为是物质的一部分,只不过它们不是平时我们看得见的普通物质。
不少人总是会对时间这个维度有偏见,认为时间维度太虚幻了,看不见摸不着,一点也不真实。但空间维度就很真实吗?一样不真实,一样看不见摸不着,时间和空间其实并没有太大差别。
时间和空间就像是一个事物的两个面,本质上可以理解为一个东西。两者必须同时存在才有意义。
举个通俗的例子,你和女朋友约会,如果只告诉你女朋友约会地点,比如说在某个饭店见面,而没有告诉她约会时间,这样的约会就没有任何意义。
虽然时间看不见摸不着,但是在爱因斯坦的狭义相对论体系下,时间早已被证明是切实存在的。在亚光速世界,物体在高速运动状态下,会明显表现出时间膨胀效应。速度越快,时间就越慢,这就是时间维度存在的证据。
同时,由于时间和空间是一体的,所以时间维度上的任何变化,也同时会带来空间维度上的改变,而时间和空间的改变,本质上都是为了迎合光速的绝对不变。
能够证明时间维度存在的证据就在你我身边,我们平时使用的卫星导航系统,其实就是利用了爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀原理,地球轨道上飞行的卫星由于速度很快,时间相对就会变慢,这时候就必须对卫星上的时间进行校正,让其与地面时间保持一致,否则导航就会彻底瘫痪。
当然,除了速度影响时间之外,引力也会影响时间,这又是另外一个话题了,这里就不再详述了。
那么,在四维时空的基础上,是否存在更高维度的时空呢?比如说五维时空?五维时空,就是在四维空间的基础上加上时间维度,由于四维时空本身就是虚幻的概念,五维时空当然也是虚幻的。我们很难证明五维时空是否存在。
高维度时空的概念经常出现在科幻小说和电影里,比如说著名科幻电影《星际穿越》里面的男主人公穿越黑洞之后就到达了五维时空,可以通过引力与四维时空的女儿交流。也就是说,引力可以“泄露”到高维度时空,引力的这点属性在物理学上也是说得通的。
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