四维空间和三维空间有什么区别?_四维空间和三维的区别在哪里

由网友 佰思不解 提供的答案：

你可能听说过四维空间这个词,但你真的知道它是什么吗？它和我们生活的三维空间有什么不同？为什么我们不能直接看到或感觉到四维空间呢？👀

如果你对这些问题感到好奇,那么恭喜你,你已经迈出了探索高维世界的第一步。😊

在这篇文章中,我将带你一起了解四维空间的基本概念,以及它和三维空间的区别和联系。我还会用一些有趣的例子和图片来帮助你形象化四维空间,让你感受到高维的魅力。😍

准备好了吗？那就让我们开始吧！🚀

什么是四维空间？

首先,我们要明确一点,四维空间并不是三维空间加上时间。这是一个常见的误解,源于爱因斯坦的相对论中提到的四维时空概念。四维时空是指三维空间加上时间维度,用来描述物质和能量在时空中的变化。🕒

而四维空间是指标准的欧几里得空间,也就是数学上的概念。它是指由四个相互垂直的坐标轴构成的空间,其中每个坐标轴都表示一个独立的方向或维度。我们可以用X、Y、Z、W来表示这四个坐标轴,分别对应水平、竖直、前后、上下等方向。📐

在四维空间中,我们可以定义点、线、面、体等几何元素,就像在三维空间中一样。但是,由于多了一个维度,四维空间中的几何元素会比三维空间中的更加复杂和丰富。例如,在三维空间中,我们可以用多边形构成多面体；而在四维空间中,我们可以用多面体构成多胞体（四维多面体）。🔶

四维空间和三维空间有什么区别？

要回答这个问题,我们需要借助一些想象力和类比。想象一下,如果我们生活在一个二维的平面世界里,我们只能看到平面上的图形,比如圆、正方形、三角形等。我们无法看到或理解三维的立体物体,比如球、立方体、锥体等。🔲

但是,如果有一个三维物体穿过了我们的平面世界,我们会看到什么呢？我们会看到这个物体在平面上留下一个截面,就像用刀切水果一样。例如,如果一个球穿过平面,我们会看到一个圆；如果一个立方体穿过平面,我们会看到一个正方形；如果一个锥体穿过平面,我们会看到一个圆或者一个三角形。🍉

但是,这些截面并不能完全反映出三维物体的真实形状和特征。例如,我们无法从圆截面判断出球的大小和曲率；我们无法从正方形截面判断出立方体的高度和倾斜角度；我们无法从圆或者三角形截面判断出锥体的顶点位置和锥面斜率。🤷‍♂️

同样的道理,如果我们生活在一个三维的空间世界里,我们也只能看到空间中的立体物体,比如球、立方体、锥体等。我们无法看到或理解四维的超体物体,比如超球、超立方体、超锥体等。🔳

但是,如果有一个四维物体穿过了我们的空间世界,我们又会看到什么呢？我们会看到这个物体在空间中留下一个截体,就像用刀切蛋糕一样。例如,如果一个超球穿过空间,我们会看到一个球；如果一个超立方体穿过空间,我们会看到一个立方体；如果一个超锥体穿过空间,我们会看到一个锥体。🍰

但是,这些截体也不能完全反映出四维物体的真实形状和特征。例如,我们无法从球截体判断出超球的大小和曲率；我们无法从立方体截体判断出超立方体的高度和倾斜角度；我们无法从锥体截体判断出超锥体的顶点位置和锥面斜率。🤷‍♀️

所以,四维空间和三维空间的区别就在于,四维空间多了一个维度,使得四维物体具有了更多的形态和变化。而我们作为三维生物,只能通过三维空间中的截面或者截体来观察和推测四维物体的性质,但这是不完整和不准确的。😅

四维空间和三维空间有什么联系？

虽然四维空间和三维空间有很大的区别,但它们并不是完全没有联系的。事实上,它们之间有很多有趣的联系和相似性。下面我就举几个例子来说明一下。😉

超立方体

超立方体是四维空间中最基本的多胞体之一,它是由两个相同的立方体沿着第四个坐标轴连接而成的。它有16个顶点、32条边、24个面和8个单元（每个单元都是一个立方体）。🔷

你可能觉得超立方体很难想象,但其实它和三维空间中的立方体有很多相似之处。例如：

• 两者都是由正方形构成的；
• 两者都是对称的；
• 两者都可以沿着任意一个坐标轴旋转；
• 两者都可以沿着任意一个坐标轴平移；
• 两者都可以沿着任意一个对角线折叠；
• 两者都可以沿着任意一个平面切割。

当然,这些相似性也有一些区别。例如：

• 超立方体有4个坐标轴,而立方体只有3个；
• 超立方体有8个单元,而立方体只有1个；
• 超立方体有24个面,而立方体只有6个；
• 超立方体有32条边,而立方体只有12条；
• 超立方体有16个顶点,而立方体只有8个。

超球

超球是四维空间中的另一个基本的多胞体,它是由所有与原点距离相等的点构成的。它有一个中心、一个半径、一个表面和一个体积。🔴

你可能觉得超球也很难想象,但其实它和三维空间中的球也有很多相似之处。例如：

• 两者都是由圆形构成的；
• 两者都是对称的；
• 两者都可以沿着任意一个方向旋转；
• 两者都可以沿着任意一个方向平移；
• 两者都可以沿着任意一个平面切割。

当然,这些相似性也有一些区别。例如：

• 超球有4个方向,而球只有3个；
• 超球的表面是一个三维球面,而球的表面是一个二维圆面；
• 超球的体积是一个四维超体积,而球的体积是一个三维立体积；
• 超球的表面积和体积的公式比球的更复杂。

超平面

超平面是四维空间中最简单的多胞体之一,它是由所有满足某个线性方程的点构成的。它没有边界、没有厚度、没有曲率,只有一个方向和一个位置。🔳

你可能觉得超平面很容易想象,但其实它和三维空间中的平面也有很多不同之处。例如：

• 超平面可以切割四维空间,而平面只能切割三维空间；
• 超平面可以与四个坐标轴相交,而平面只能与三个坐标轴相交；
• 超平面可以与另一个超平面垂直,而平面只能与另一个平面平行或相交；
• 超平面可以与另一个超平面相交于一条直线,而平面只能与另一个平面相交于一点或重合。

四维空间有什么用？

你可能会问,既然我们无法直接看到或感觉到四维空间,那么了解它有什么意义呢？它对我们的生活有什么影响呢？🤔

其实,四维空间不仅是数学上的概念,它也有很多实际的应用和启发。例如：

• 四维空间可以帮助我们理解物理学中的一些现象和理论,比如相对论、量子力学、弦理论等。这些理论涉及到高维时空、高维物质、高维能量等概念,需要用到四维甚至更高维的数学工具来描述和计算。👩‍🔬
• 四维空间可以帮助我们设计一些新的技术和产品,比如四维打印、四维游戏、四维影像等。这些技术和产品利用了四维空间的特性,比如变形、旋转、折叠等,来创造出一些三维空间中无法实现的效果和功能。👨‍💻
• 四维空间可以帮助我们开拓一些新的领域和探索一些新的可能性,比如四维艺术、四维文学、四维哲学等。这些领域和可能性利用了四维空间的想象力,比如超体、超平面、超球等,来创造出一些三维空间中无法表达的美感和意义。👩‍🎨

所以,四维空间不仅是一个抽象的概念,它也是一个有趣的话题,一个有用的工具,一个有潜力的领域。😊

由网友 从头再来扛得住 提供的答案：

这个问题挺有意思,也很烧脑,作为一名崇尚科学的人和科普爱好者,我尝试回答一下,不对之处的请专家人士指正。本回答解答了三维和四维空间的不同,同时还顺便解答了一下五维空间。

我们都知道,一维空间是根线,二维空间是平面,三维空间是具备"长宽高"三个维度参数的空间,而四维空间是在三维空间基础上增加了一个时间轴。根据研究弦论的科学家计算的结果显示,至少在理论中存在着最高为十个维度的空间。我们之所以看不到高维度的空间,是因为它们全都卷曲了起来,变成了低维度空间。

实际上,空间维度增加的规律简明易懂,就是在上一个空间维度的基础上新增一个时间轴,同时把上一维度的时间轴变成空间轴,一个新维度就生成了。每个维度都有属于自己的唯一时间轴,且与其他维度的时间轴不同。简单而言就是：一维空间增加一个时间轴,变成二维；二维空间增加一个时间轴变成三维；三维空间增加一个时间轴变成四维,四维空间再增加一个时间轴变成五维,等等。

其中,四维世界是三维世界在一条时间线上所有历史的总和。如果在四维空间有智能生命存在,那么他可以看到一个人的过去、现在和已经决定的未来。但他只能有上帝的视角,而不具备上帝的能力,他只能看到一个单线的历史进程,却无法改变人的过去、现在和未来等具体事件。

（四维虫子）

而四维智慧生命不需要经过几十年甚至上百年漫长岁月才能完整观察完一个人的一生。他可以同时看到一个人从生到死的全过程,而且这个全过程形成了一个特定形状的连续体,就像是一条虫子,两头小,中间大。两头分别是童年和老年,体积较小,中间是壮年,体积较大,整体酷似一只大虫子,称之为"四维虫子"。

（《星际穿越》中的五维空间）

而在五维空间的智慧生命不但具备上帝视角,还具备上帝般神奇的能力,在他所处的时间内,他可以随意移动到一个人的过去、现在和未来之中,就像我们在三维世界沿着空间中的某个方向移动一样。五维智慧生命进入人的历史,就好像走一条路或爬一座山,这就相当于进行时空旅行,而且其所作所为还会对三维世界产生影响。五维空间的智慧生命可以选择他所观察的对象的任何一个年龄阶段,向其传送信息,并影响他的选择。

比如在电影《星际穿越》中,库珀进入五维世界后,通过改变手表秒针的颤动方式,给他在三维世界中的女儿传送信息,并改变了她的选择,也改变了人类未来的命运。

由网友 镁客网 提供的答案：

三维以上的空间,我们一般统称高维空间。高维空间是一种物理学理论。在上个世纪90年代提出的M理论中,宇宙是十一维的,由震动的平面构成的。

顺便说一句,在小说《三体》中,有所谓的"降维打击",还有描述很多高维空间,其实很多是卷曲着的。其实就是源于上述理论的演化。所谓卷曲,是说高维度的物体通常没有展开。而高维空间的物体,在低维度展开,通常会叫做降维。

在《三体》中,地球最终遭受的打击,就降维打击——整个太阳系被强行降维成一个庞大无边的平面。

言归正传,根据我们日常对一维（线）、二维（面）、三维（体）空间的印象,一个空间有几维,就是在这个空间中能够做几条互相垂直的直线。需要特别注意的是,这些直线中每一条,都要和其他所有平面垂直。于是,我们认出的空间,最多是三维的。

四维空间从理论上来讲,就是在左右、上下和前后之外,还存在一个与它们都垂直的直线方向所代表空间。人脑在一般情况下,却难以想象出来（不排除有些数学家经过特殊训练有可能想象出来）。

需要注意的是,我们有时候认为时间也是一个维度,但所谓"四维时空"和"四维空间"并非一个概念。前者其实我们身处的"三维时空"在加上一个"时间维度"罢了。

所以如果你要理解四维空间,乃至更高维度的空间,可以先现象一下二维空间的生物,在我们这里会是一种怎样的存在。比如,一只画在纸上的老虎,我们三维空间里,它只是一个平面。如果在四维空间有外星人在看我们,我们应该是应该是一种比较类似平面存在。

进一步来说,如果在三维空间完全展开的四维空间物体应该是什么样呢？

这就像把三维空间的一小滴水,完全展开在二维平面上一样：会变成无穷大的一个圆,但没有厚度。推而广之,所谓的能够降低维度出现的事物,在从高维度变成低维度之后,都会成为一种非常庞大的存在。

换句话说,四维空间比三维空间多一个维度方向的空间存在。如果强行把四维的物体完全降成三维,它将比原来看到的,大很多倍。

更多优质回答,请持续关注镁客网Html369号~

由网友 科技原人 提供的答案：

对这个问题的回答,首先要确定题主想问的是"四维空间"还是"四维时空"。这两个概念有很大的区别,下面来分别解释一下。

一,什么是四维空间？

超过三维的空间,即高维空间,作为几何对象是很难理解的,作为代数对象却很容易理解。

根据我们日常对一维（线）、二维（面）、三维（体）空间的印象,一个空间有几维,就是在这个空间中能够做几条互相垂直的直线,或者说有几个互相垂直的方向。你面前一条左右伸展的直线上,只有左右方向。你面前一张铺开的白纸上,有左右方向加上下方向。你面前的整个空间中,有左右方向、上下方向和前后方向。

以此类推,四维空间就是在左右、上下和前后之外,还有一个与它们垂直的方向的空间。这个定义一目了然,人脑却难以想象出来（不排除有些数学家经过特殊训练有可能想象出来）,因为我们日常见到的空间是三维空间,不存在这第四个方向。四维都想象不出来,更高维度就更不用说了。所以说,高维空间作为几何对象是很难理解的。

从代数的观点看,n维的空间就是所有的满足以下性质的矢量的集合：（1）有n个互相垂直的基础矢量属于此集合,垂直的定义是纯粹代数的,即两个矢量的"内积"等于0；（2）此集合中任何一个矢量都等于这n个基础矢量乘以某些常数后相加（即这些基础矢量的线性叠加）,例如2乘以第一个基础矢量,加上3乘以第二个基础矢量,加上0.5乘以第三个基础矢量,加上0乘以后面的基础矢量。你如果能看懂,太好了。如果看不懂,没办法,只能说这是大学里线性代数的内容,等你学到线性代数就明白了。这个定义的妙处是完全不需要空间想象,无论多少维在数学表述上都是一样的。所以说,高维空间作为代数对象很容易理解。

二,什么是四维时空？

四维时空的第四维,不是左右、上下、前后之外的第四个空间方向,而是时间。更专业一点的说法,是"虚时间",即虚数单位i（-1的平方根）乘以时间。

为什么会出现这么一个概念？这是因为在相对论中,用(x, y, z, t)这四个数标记一个在t时刻发生在(x, y, z)这一点的事件,这个事件的这个时空坐标当然跟坐标系有关,但两个事件之间的下列关系却跟坐标系无关：d^2 = (x1 - x2)^2 + (y1- y2)^2 + (z1- z2)^2 - (ct)^2。注意最后一个平方之前是减号,c是光速（大约30万公里每秒）。

想一下,在三维空间中我们是怎么定义距离的？两个点(x1, y1, z1)和(x2, y2, z2)之间的距离,即d = sqrt[(x1 - x2)^2 + (y1- y2)^2 + (z1- z2)^2]。如果你改变原点或者改变坐标轴的方向,就可以改变这两个点的坐标,但是它们之间的距离不会变。因此,把某个坐标轴叫做x轴,把另一个坐标轴叫做y轴等等,完全是随意的,做一下坐标旋转就可以把它们混合在一起。真正重要的是它们的整体,而不是其中单独一个。

根据同样的思想,我们立刻就可以理解,相对论中的那个不变量说明空间跟时间没有绝对的区别,它们之间的关系就像三维坐标系中x轴、y轴、z轴的关系一样,纯粹是人为选定的,换一个坐标系就可能混合在一起。因此,在相对论中真正重要的,既不是时间,也不是空间,而是两者组合成的"时空"。

唯一看起来有点麻烦的是,(ct)^2前面是个减号。没关系,我们用一下虚数单位i就行。现在,每一个事件都可以用(x, y, z, ict)这一组坐标来表示,两个事件之间的"距离"d = sqrt[(x1 - x2)^2 + (y1- y2)^2 + (z1- z2)^2 + (ict1 - ict2)^2]跟坐标系的选择无关。

相对论时空

最后强调一下,四维空间和四维时空的区别是什么？

四维空间是一个数学概念,并不描述现实的物理世界。而四维时空,却正是对现实物理世界的描述,物理学家都在用它！

由网友 宇宙探索 提供的答案：

很多时候,我们习惯于把空间和时间分割开来看待周围的世界,但是爱因斯坦早已经告诉我们,空间和时间是不可分割的整体,也就是我们所说的"时空",任何单独讨论时间和空间的概念都没有意义！

说白了,不存在没有时间的三维空间,也不存在单独的时间概念,两者相辅相成！这样的概念时刻发生在我们身边！

举个简单的例子,你和女（男）朋友约会,约会地点需要有两个要素：时间和地点,而地点指的就是空间,你不可能告诉你女（男朋友）在哪里约会而不提时间,那样的地点没有任何意义！本质上也不存在那样的地点！

明白了这点,就能更好地明白时间可以看做是空间的一个维度,就像三维空间里的长宽高,时间也是一个维度,一个空间维度,因为它们是不可分割的整体！相反,空间也可以看做时间的一个维度！

如此一来。四维空间就好理解了,就是空间的三维+时间！

有不少人可能会说,空间是空间,时间是时间,它们不应该混为一谈,四维空间与四维时空不一样！

个人观点,既然任何割裂时间和空间的行为都没有意义,时间就是空间的一个维度。就像三维空间里的长度,宽度和高度,如果我把高度拿掉会是什么结果,有纯粹的长度和宽度存在的二维世界吗？

没有！所以说,时间和高度的性质一样,少了哪个维度都没有意义！而且把时间看做空间的第四维度,可以推测出多达10个维度,从第四到第十维度都与时间有关！

由网友 健康本尼3Y5 提供的答案：

三维空间立体型,可四维空间是动态的不规则。其理由如下:一是从微观看,原子核有正负电子环绕；微中观看,地球自转并有月亮围着转；从中观看,八大行星围绕太阳旋转；从中宏观看,太阳系围绕着银河系旋转着；从宏观看,银河系又随着更大的星团旋转着……。请想想看,三维四维能概括这些吗？到底有多少维空间并不那么简单,所以,应需要进一步深空探究,以便发现更多更令人震惊的宇宙秘密！

由网友 时空通讯 提供的答案：

这个问题其实很简单,就是三维空间有三个维度,四维空间在三维上再加一个额外维度。

但这个维加的是空间维,不是时间维。有些朋友把四维时空当作四维空间是错误的,四维时空就是在三维空间的基础上加上一维时间轴,还是属于三维空间。

我们所处的世界就是四维时空

因为人类在三维空间生活,也可以说在四维时空中生活,因此对自己的空间很好理解,就是我们看到的事物都是立体的,有长宽高三个维度,而时间轴贯穿其中,具有一维向前性,也就是不会停顿,一去不复返。

在爱因斯坦的相对论里,时空和物质是一体的,它们同时诞生,同时消亡,不会单独存在。因为空间是物质的容器,没有这个容器就没有物质；而物质是空间的内容,没有这个内容,就不需要空间；时间是物质在空间中运动变化的度量,物质和空间是不断变化的,任何事物都是从生到死一直向前的,因此,没有时间,象征着一切都将停顿,化为乌有。

但时间是虚数值,只存在于事物的变化里,只可意会,不可言传,但它确确实实的客观存在。如果这个世界还有其他不同文明,标度时间的方法就可能不一样,比如人类将时间分为时分秒、日月年,如果存在其他文明则不会这样划分,这是时间的主观性质；但世界上存在的一切物质、原子粒子的衰变过程,以及自然规律都是一样的,就是时间存在的客观性。

三维空间也就是四维时空,是构成我们存在的真实世界最低纬度,在这个维度上再加上一维就是四维空间五维时空。这种时空是什么样子,谁也没看过,因此只在数学上的意义,人类还无法理解。

数学对空间的理解

零维即一个点,这个点没有长宽高,只是一个虚位置,在我们时空中并不真实存在。这有点像宇宙大爆炸开始前,或者黑洞中心的奇点,无限小,无法衡量的小；一维就是在两个零维之间的一根连线,这根线同样没有体积也没有面积,也就是没有长宽高,看不见摸不着。

二维就有了意义,就有了一个平面,也就是有长和宽两个维度,但没有高度（也就是厚度）,因此如果从平面看,可以看到这个二维平面,从侧面看就也是没有。

于是,就有一些人想象着二维空间存在的生物,它们存在于一个平面,自己也是一个没有厚度的平面,只要在它们周围画一个圈,哪怕这个圈没有任何厚度,它们也无法逾越。而三维生物（就是我们）却可以轻而易举将它们抓起来,丢到圈外,这样圈内的二维生物就会觉得同伴莫名其妙地消失了,就会膜拜大神。

因此三维生物就是二维生物的大神。事实上二维生物根本看不见同类的样子,因为它们看到的只是一个线段,无法看到其侧面或后面。实际上如果二维生物没有厚度,就连线段也看不到。还有人臆想,二维生物不可能有内脏或消化系统,也就是吃进去拉出来的那根肠子,因为如果有,由于没有厚度,这根肠子就会将身体裂为两半。

还有人把蚂蚁当作为二维生物。其实是大错特错的,蚂蚁虽小,也是有体积的,就是细菌也是有三维度量的。因此,只要是我们这个世界认识到的事物,就是一个原子、一个电子、一个光子也是三维物体。

三维空间就是我们存在的空间了,这个很好理解,就是有长宽高轴,也可以叫上下（高度）,南北（纬度）,东西（经度）,这三对方向两两正交成为直角,一般把它们称为x、y、z坐标轴。

四维空间当然不是四维时空,而是在三维空间上加上一个额外的空间轴,通常称为w轴,这个轴垂直于x、y、z轴的坐标轴上。这一点很难想象,就像一个人有两只手,加上一只手加在哪里呢？是背上还是胯下？数学的描述是,这个额外的方向在我们所观察到的三维世界的方向以外。

需要指出的是,任何空间都有时间轴,因此四维空间实际上就是五维时空。因此后面就不赘述时间轴了,只从空间角度来阐述。

四维空间的幻想

因为在我们三维空间,无法真正的体验四维空间到底是个什么样子,只能说是幻想。

在我们三维空间,要达到空间某一点,我们可以通过向前、向后、向上下移动,就能实现,也就是说需要三个方向量就能达到空间任意一点。从某种意义上来说,三维空间是无数二维空间堆砌起来的。

理论上,四维空间是无数三维空间堆砌起来的,需要往四个不同方向移动,才能够到达这个空间中的任意一点,这种空间这个就很难理解了。关键是除了长宽高,也可以说是除了上下、南北、东西等高度、纬度、经度之外,还需要沿着一对新的方向移动,在我们三维时空来说,这个新方向我们不但无法看到,也无法想象。

但硬是有一些人不屈不挠地去想象四维空间是个啥样子,比较著名的就是"克莱因瓶"原理。这个想象中的瓶子是著名数学家菲利克斯·克莱因在1882年提出的。

克莱因瓶的结构可以描述为：一个底部有一个洞的瓶子,延长瓶子颈部,让其扭曲进入瓶子内部,并且与底部的洞连接。这样这个瓶子就没有内外之分,也没有边,一只蚂蚁就可以任意爬到瓶子内外每一个位置。

但实际上,在三维世界永远也做不出真正的克莱因瓶,在三维世界,它毕竟还是有内外之分,而且只有在瓶颈与瓶底的连接通道上留孔才能够到达瓶子里面,因此它不可能是一个四维空间的物体。

我对四维空间的理解是,我们世界是一个圆球,我们生活在圆球里面,四维空间是在圆球内外我们无法知道的位置增加的额外维度,就像一只看不见的手,随时可以从三维空间将我们抓出这个本来封闭的球,就像我们抓取二维空间生物一样,让我们在球体里突然消失,这在我们看来,除了魔术,只有大神才能够做到。

科幻大师刘慈欣在其大作《三体》中,对四维空间描述的大意是：进入四维空间就像三维空间看待二维世界,将那里的生物一览无遗,而它们自己是看不到自己的。三维空间的我们也无法看到自己内部,而四维空间的生物可以看到三维空间的一切,前后左右、里里外外、发展变化、过去未来都尽收眼底,就连身体里内脏、血流、细胞也清清楚楚,没有任何界限,可以任意伸手触摸,取出。

而在美国科幻片《星际穿越》中,宇航员库珀掉入一个五维时空中,高级文明为他构建了一个无数叠加变幻方组成的四维时空,在这些方框的不同窗口,库珀可以看到自己在地球的女儿从小到大各个时期,并通过引力效应与女儿最终达成了沟通,传送给了她拯救地球的公式。

奇妙的是,这种沟通早在自己还在地球时就已经发生,对一些灵异现象女儿有所察觉,只不过还没有沟通上。这就说明在五维时空,时间没有先后顺序,可以截取任意一段。

库珀的女儿长大后成为世界顶级科学家,用库珀从五维世界给她发来的公式,让濒临灭绝的人类重焕生机。但由于黑洞重力影响,库珀在米勒星球1个小时相当地球7年,等他回到地球,女儿已经老态龙钟进入弥留状态。

这些就是人类对四维空间的理解,靠谱吗？我认为不,真正的四维空间是在我们这个世界无法想象的,就像二维空间的生物无法想象我们三维空间一样。

我们世界到底有多少维度？

我们是三维空间四维时空的存在,这一点早就已经被人们熟知。但有些理论认为,宇宙本来是10维的,也就是9维空间1维时间,但现在这些维度有6维已经蜷缩了,缩小到我们看不见的空间里,只剩下三维空间一维时间了。

这就是所谓的弦理论或其升级版的超弦理论。这个理论认为,所有的亚原子粒子并非小点,而是类似于橡皮筋的弦,这些弦的尺度非常小,呈线状,有些有端点谓之"开弦",有些是闭合的圈状谓之"闭合弦"。这些弦不停的振动运动,不同的振动运动方式就产生了不同的粒子。

1926年,德国数学物理学家西奥多·卡鲁扎试着在四维时空上添加一个空间维,也叫额外维度,让时空变成五维后,再将爱因斯坦场方程改写,就可以把当时已知的两种基本力,即电磁力和引力统一在一个方程中。

后来的研究认为,至少需要10个维度,也就是要有6个额外维度才能够建立起一个理论框架,而这个框架很可能解决引力、电磁力、强力、弱力等四种基本力的融合问题,也就是让爱因斯坦相对论的引力理论与量子力学兼容起来,是最有希望实现大统一的理论。

在一些实验中,如美国的费米国家加速器实验室,在观察MiniBooNE探测器发射μ中微子束的实验中,出现的现象完全符合弦理论模型,因此许多科学家现在对弦理论充满了兴趣和期待,希望在不久将来,能够对宇宙认识有一个新的突破。

弦理论很高深很复杂,俺也是通过学习才略知皮毛,有兴趣深入学习的朋友可搜集资料慢慢研究,这里只是常识性科普,就不多扯了。

总之,增加额外维度的空间在我们现实世界很难理解,存不存在也还没有定论,我们了解个大概就可以了,作为科普,没必要痴迷和深究。各位怎么看？欢迎讨论,感谢阅读。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。

由网友 朝夕万年 提供的答案：

90%的人们都存在这样的误解————4维空间=3维空间+时间！

其实并非如此。

凭什么1维、2维、3维都是纯空间,而4维就能加入时间？

当年,爱因斯坦为了解释相对论,才将"时间"作为一个维度加入"3维空间",构成了"4维时空"。

因此,"四维时空"只是一个辅助概念,它的存在是为了解释相对论,就跟庄子《逍遥游》里的"鲲"、"鹏"作用一样。

四维时空不等于四维空间。

四维时空之所以流行,就因为它容易被大众理解；而四维空间比较难理解。

很多朋友看过《三体》,《三体》中的多维世界就是不含时间的多维世界。

其中一些概念,如"10维宇宙","降维打击"。。。可能不少朋友都处于"不明觉厉"的阶段。

三维空间的人感受不到第四维的存在,也很难理解第四维。

但我们可以推演：

一维空间,是一个点引出一条直线；

二维空间,是一个点引出互相垂直的2条直线；

三维空间,是一个点引出互相垂直的3条直线；

以此类推,

四维空间,就应该是一个点引出互相垂直的4条直线；

五维空间,就应该是一个点引出互相垂直的5条直线；

。。。。。。。

但遗憾的是,三维世界的我们,很难想象互相垂直的第4条直线,第5条直线。。。。甚至第10条直线到底是什么样子的。

如图,4维空间对我们来说,已经如此复杂。可以想象,《三体》中描绘的10维空间有多么的广阔、恢弘！

由网友 纯野生的坦克 提供的答案：

四维空间是无限的三维空间！

在说明这个问题之间我先把空间和时空的概念给区分一下,否则就会产生混淆。

空间

我说的"空间"概念是指——闵可夫斯基空间这个概念（有兴趣可以去百度一下）。

我先从0维空间说起,大家一起来想像一下（人的大脑是可以超维度的,所以可以想像出高维空间）

0维—— 一个点,没有上、没有下、没有左、没有右也没有前也没有后,就是一个点。 1维—— 无数个点（0维空间）组成的一条线,有了前和后的概念；但是,任然没有左右和上下。

2维—— 无数条相同的线（1维空间）组成的一个面；有前后也有左右的概念,但是,上和下任然不存在。

3维—— 我们生存的空间；由无数个面（2维空间）一层一层的叠起来组成的"立方体"空间,有上下、有前后也有左右的概念。

4维—— 超越我们生存的空间；由无数个立方体（3维空间）组成的"超立方"空间。在这个空间里,上下、左右、前后是无限的。

时空

理论物理学家认为宇宙是11维的,这是目前公认的理论；但是这11维是什么呢——是11维时空＝10维空间+时间！所以,时间是一个常量,就跟光速一样。任何一个维度的空间里都有时间。

例如：一个一维的物体在一维空间里移动,也适用"距离÷速度＝时间"的公式,同理：二维、三维、四维、五维……到N维也都适用！所以,这就证明了时间无论在几维空间里都是一个常量（0维不是空间,所以也没有时间的概念）。

所以,三维+时间＝四维时空,而≠四维空间！切记这一点！

四维空间和三维空间的区别

既然四维空间是无限的三维空间,那么这个无限是什么意思呢？

我们是三维生物,所以要从我们能看到的自然现像根本就无法解释！于是我们只能靠想象——如果在三维空间中一个物体（比如你这个人）从空间中的一个点（出发点）出发,延直线向前运动,那么会发生什么事呢？只要一直是延直线运动你就永远不可能回到出发点,只会离出发点越来越远；这就三维空间的典型特征！（宇宙大爆炸的理论）但是这y也说明了三维空间是有限的,虽然三维空间可以无限膨胀,但是它任然是有边界的——物体向外运动,物体的前端就是三维空间的边界。

但是,如果这个运动发生在四维空间里呢——虽然你是延直线运动,但是你有可能回到出发点！！！（宇宙塌缩理论——也叫宇宙重启）这就是"无限三维空间"的概念！PS：这是我能找到的最通俗的说法了,因为一定要从物理上来解释四维空间,需要用量子力学里的"弦"理论,但是量子力学我实在没学懂！

所以,真正的四维空间应该长这样：

还有一个区别

既然四维空间是由无限多个三维空间组成的；那么四维空间的物体对三维空间来说也是无限的。

在举个例子：黄金很软,我们可以把黄金压延得很薄很薄做金箔,这就可以看成是把三维物体降维成二维物体的过程,但是,虽然金箔已经很薄了它任然是有厚度的,二维空间是没有厚度的,要想降维我们就只有拼命的压,金箔越薄它的面积就越大,我们就这样一直压、一直压……总有一天这块金箔的面积会大到充满整个宇宙！但是这块金箔是二维的吗？不是,它任然是三维的,哪怕它的厚度比原子、比交子、比夸克还要小,它任然是有厚度的！

同理,四维空间的物体到三维空间也是一样,我们可以想像,但已目前的物理理论四维空间的物体是无法降维到三维空间的！但是,理论上如果四维空间的物体出现在三维空间,我们就可以体会到《三体》中的降维打击了。