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肉眼为什么看不到四维空间?

 华民 2018-04-24

用三维空间的物质来观察四维空间这本身就是不可能实现的,我们宇宙中发生的一切变化都和人类处于同一维度,光子形成的光线,原子核和核外电子的运动,还有人类的肉眼观察都是存在于三维空间。而四维空间的存在本身就是无法被证明的,包括超弦理论在内的高至十一维度空间都是属于数学范畴的。

我们通常所说的四维空间指的是标准欧几里得空间,可以拓展到高维度,而我们可以理解的只能是三维空间+时间=四维时空,注意这里是时空并不是空间。人类属于三维空间内的生物,是可以通过时间来感受世界和物体的运动状态,但这也仅限于四维时空而不是四维空间,科学领域中对于四维空间并没有明确的概念和认识,也可能四维空间是不存在的。不过四维空间在人们的猜想中有很多种形式,三维空间的投影就是二维平面,那么四维空间在三维空间的投影就是我们现在的世界,按此逻辑四维空间如果存在的话,人类处于四维空间是可以看到一个人一生的轨迹,就像网页卡了,出现无数相同的页面这样,整个人的一生都包含在四维空间的轨迹内,轨迹的投影就是人类在三维空间内的单独的一帧。



首先说明一下,四维空间与四维时空二者概念不同。四维空间是数学上的概念,即一个坐标系有四个坐标轴(x、y、z、u)其中u同时垂直于xyz。(请尽情脑补)四维时空是物理学概念,根据广义相对论,我们生活的宇宙是一个四维时空,其中时间是第四个坐标。具体区别可以参照妈咪叔的视频:

(四维空间与四维时空的区别,以及一些认识性错误讲解)

http://www.365yg.com/item/6509736942995767815/

好现在说一下为什么看不见四维空间。严格来讲我们连三维都看不到,眼睛所看见的像最多算2.5维。


我们先来了解一下眼睛的成像原理。

人眼就是一个透镜组,我们看到像也符合凸透镜的成像原理,晶状体就是凸透镜,而视网膜就相当于处于焦平面的一个光屏。重点就在这里,视网膜只是一个平面。

你会发现我们看东西实际上只能看清一个点,并不能同时看清一个三维物体的所有面。但眼睛可以通过调节焦距看清每一个点,让我们对物体有足够的认识。我们看到的三维物体,实际上只是看到了三维物体通过眼睛所成的一个二维的像。

那为什么说是2.5维呢?因为人有两个眼睛,可以通过微小的视察来处理物体的远近、大小等信息。不信,你可以用一只眼睛看一下周围,会发现世界变得扁平了许多。

当然,眼睛的功能不仅如此。比如看下图我们能看到什么?

一个苹果,虽然我们知道这只是一张图片(二维),但为什么看起来会有那么一点立体的感觉呢?因为这是我们根据图片外加的一些信息通过常识判断的结果。比如我们去掉部分高光和阴影,看起来就没那么立体了吧。

如果极度调整图片的数据,还可以让你看起来苹果是扁平的。

但实际上,它只是一张图片。现实中我们看到一个苹果,也是因为它的某些光影效果让我们感受起来是三维的。

因此,人眼可以看到二维,感受三维,理解四维。

如果想要感受四维,至少需要一个三维的眼睛。什么样的眼睛算是三维的眼睛呢?

我们的眼睛只能看到物体的一个侧面,如果想要看到三维至少需要这个眼睛360度无死角包围这个物体,也就是能够同时看到这个物体的所有侧面,这样才有可能感受到四维空间。

实在不好画图,自行脑补吧。


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