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多维空间的形态,原来如此魔性(多维空间构成)

发布:2024-10-05 浏览:23

核心提示:人类是否能想象出多维空间的形态相信大多数人都看过《三体》这部小说。在《三体·死神永生》中,外星文明对太阳系的降维攻击,普遍认为二维是一个平面,从三维纵观二维可以想象的到(类似画一般),体现二维的全细节,那么从四维看三维世界呢?又或者更高维度,如何来体现全细节,人类是否能够想象出来?另外,时间能不能用维度这个概念描述?如果可行,在更高的维度内又将如何体现出来?德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹曾把人们“看不见”第四维和盲人不能想象颜色的概念相提并论,无论我们怎样对盲人描述颜色的概念,生活在黑暗世界的他们是无法

人类是否能想象出多维空间的形态相信大多数人都看过《三体》这部小说。
在《三体·死神永生》中,外星文明对太阳系的降维攻击,普遍认为二维是一个平面,从三维纵观二维可以想象的到(类似画一般),体现二维的全细节,那么从四维看三维世界呢?又或者更高维度,如何来体现全细节,人类是否能够想象出来?另外,时间能不能用维度这个概念描述?如果可行,在更高的维度内又将如何体现出来?德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹曾把人们“看不见”第四维和盲人不能想象颜色的概念相提并论,无论我们怎样对盲人描述颜色的概念,生活在黑暗世界的他们是无法真切地感知到底什么是红什么是蓝。
低维世界里的人看到高维度世界是个怎样的情况?或许可以从小说《平面国》一窥一二。
正方形先生生活在二维的平面国,有一天,来自三维的叫“空间国”的球面勋爵拜访了他并对他解释三维世界的概念。
然而,正方形先生固执地拒绝三维存在的思想。
于是,球面勋爵把他扔进空间国里。
飘浮在三维世界的正方形先生只能看到三维生物的横截面,所以在他眼里,那是个神奇的世界,物体千变万化,来去无踪。
对于正方体先生而言,我们看起来像什么?由于他的二维眼睛看到的只是我们世界的平坦切图,所以对他而言人看起来像是一个非常丑陋恐怖的物体。
最开始,可能看到两个皮圈在他面前盘旋(鞋),当他飘上去,这两个圈改变了颜色并且转变成布料(裤子),然后两个圈合并成一个圈(腰),接着又分裂成三个布圈又一次改变了颜色(衬衫、胳膊),继续飘,又看到变成了一个肉圈(头),当他飘过头顶之后,一切突然消失了。
对正方形先生而言,神秘的“人”是可怕费解混杂物的结合体。
类似地,当我们被剥离我们的三维宇宙且被扔进第四维中是个怎样的体验?一团团黑乎乎的东西出现在我们眼前,他们不断改变着颜色,大小和组成,不服从我们三维世界中的所有逻辑规则。
尽管高维世界很难想象,但一个叫欣顿(Charles Howard Hinton)的数学家致力于使高维形象化。
(1)观看拆解的结果 很明显,二维生物无法想象整个三维立方体,而对于三维世界的我们可以轻松地拆解立方体。
比如拆成一组由6个正方形组成的十字状。
如下图:二维生物现在可以看到整个十字架。
二维中,每两个正方形的接合处是僵硬而不能移动,但当三维的我们再次把正方形组合起来成立方体时,二维生物将看到一些正方形消失了,仅留下一个正方形。
同理,我们无法形象化四维立方体,但是我们可以看到它们被拆解成三维的十字形立方体。
四维人可以随意缠卷这些立方体,我们三维眼睛将看到别的立方体消失了,只留下一个立方体(如下图)。
(2)考察投影 比如,二维人可以观察立方体的二维影子来想象它。
看起来像连接在一起的两个正方形。
类似地,投影在三维世界的四维立方体是一个立方体中套着另一个立方体。
(3)查看截面 如二维人只能看到三维世界的二维截图(他们走过一个苹果将会看到一个不断变形的红色的园),当三维的我们被投进四维世界时,将突然看到一个奇异的物体,变大,变色,变形,变小,最后消失。
小结一下:通过观看拆解结果、观察影子和查看截面可以一窥高维世界的曼妙!附上一个让人窒息的九维立方体中心图。
投影图:脑残粉强烈推荐加来道雄的《超越时空 (豆瓣)》!!画作中的维度二维贝叶挂毯:好像有一块玻璃压在士兵的身上,变成了平面。
三维最后的晚餐:全景式的实际三维人四维下楼梯的裸体女人:妇女下楼梯整个过程中的她无穷重叠。
如果时间是第四维,这是一个四维人看人的方式,一次就可以观察到全过程的效果。
朵拉玛尔的肖像:企图通过四维人的眼睛观察现实,可以同时从各个角度来看,两个眼睛同时被一个四维人看见。
作者:zaihui

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