关于维度的探讨

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自从广义相对论提出“时空扭曲”思想以后,四维时空观就被人类奉为圣神,经典时空观就不得不被人类所抛弃,因为二者是水火不相容的矛盾的两套时空观理论。经典时空观确立的是三维空间和时间相互独立共存,四维时空观确立的是三维空间和一维时间是相互联系的且非独立的。本文从维度的定义出发,分析空间和时间的维度纠葛。

自从广义相对论提出“时空扭曲”思想以后,四维时空观就被人类奉为圣神,经典时空观就不得不被人类所抛弃,因为二者是水火不相容的矛盾的两套时空观理论。经典时空观确立的是三维空间和时间相互独立共存,四维时空观确立的是三维空间和一维时间是相互联系的且非独立的。本文从维度的定义出发,分析空间和时间的维度纠葛。

1. 维度定义

何为维度?

网络词条是这样定义维度的:维度,又称维数,是数学中独立参数的数目。在物理学和哲学的领域内,指独立的时空坐标的数目。0维是一点,没有长度。1维是直线,只有长度。2维是一个平面,是由长度和宽度(或曲线)形成面积。3维是2维加上高度形成体积面。4维分为时间上和空间上的4维,人们说的4维经常是指关于时间的概念。(4维准确来说有两种。1.四维时空,是指三维空间加一维时间。2.四维空间,只指四个维度的空间。)四维运动产生了五维。

对于维度的定义“维度,又称维数,是数学中独立参数的数目。在物理学和哲学的领域内,指独立的时空坐标的数目”,笔者认为网上描述地非常准确,其中的几个关键词“数学”、“独立参数”、“数目”,“独立”和“时空坐标”。

无论从数学以及数学中的几何学分支,还是物理学和哲学探讨维度这个概念,都必须满足最重要的一点:就是各维度必须相互独立。何为独立?笔者认为独立对于维度来说,就是各维度间必须具备单独变化的能力。通俗地讲,就是任一维度值都具备能够单独改变,同时其他维度值保持不变的能力。

对于维度的独立性,用三维坐标系的形成过程分析比较容易理解。

设想空间中的一条直线,任意选取一点为原点(值为0的点),这条直线以原点为参考有两个方向,任意选一个方向定义为正方向,则另外一个方向为负方向。此时,再定义一个线段长度为“1”的标准长度,1维坐标系就定义完成。1维坐标系只定义了一条直线上的点,并给这条线上的所有点都取了一个不一样的名字x【x属于实数集】。

1维坐标系到2维坐标系的定义,涉及能量最低法则,用几何术语描述就是“直线外一点到直线的垂直距离最短”。不在同一直线上的三个点确定一个面,和直线与直线外一点确定一个面,是同样的概念,因为两点(不同点)确定一条直线。2维坐标系中,两个维度拥有共同的原点,还最好拥有共同的标准长度(当然也可以不共标长,共标长在具体炒作中要简单一下,这也是能量最低法则主导的)。在1维坐标系的基础上,要通过1维坐标系确定的原点,还要与1维坐标系相互垂直,这样的条件确立的是一条线吗?答案不是,而是一个面,这个面上通过原点的有无穷条直线,没有通过原点的也有无穷条直线,而我们明显可以判断出,前者和后者相比较结果是0:∞。而我们要确立的第二维度的直线,只是前者中的一条,这又是一个0:∞。2维坐标系定义了一个面,同理,这个面上的所有点一一对应不完全相同的组合名字(x,y)【x,y都属于实数集】。

2维坐标系到3维坐标系的定义,和从1到2的定义类似。3维坐标系中 ,三个维度拥有共同的原点,还最好拥有共同的标准长度。在平面外通过平面上某点的线有无穷条,其中只有一条是垂直于平面的;这一条既要通过平面某点,又要和平面垂直的直线,就是在2维坐标系基础上确立的第三维度坐标系。对三个维度都设立正方向后,3维坐标系就形成了。3维坐标系定义了一个体(宇宙空间),同理,空间中的所有点一一对应不完全相同的组合名字(x,y,z)【x,y,z都属于实数集】。

从1维坐标系到2维坐标系,再到3维坐标系,会自然而然地发现一个事实,从宇宙空间角度思考:1维坐标系这条直线上的点虽然无限,但相比宇宙空间中全部点而言只是非常少的一部分,二者对比为0:∞;同理,2维坐标系这个面上的点虽然无限,但相比宇宙空间中全部点而言只是非常少的一部分,二者对比为0:∞;3维坐标系定义了一个无限的无边无际的体,这个体内的全部点和宇宙空间中全部点是一一对应的,即二者对比为1:1。

通过上段的分析,我们会发现,由于1维坐标系无法给宇宙空间全部点命名,所以需要继续定义2维坐标系;同理由于2维坐标系无法给宇宙空间全部点命名,所以需要继续定义3维坐标系;当3维坐标系定义完成以后,会发现此时已经将宇宙空间全部点都命名完成。

能够共存的维度彼此之间必须满足独立性。这个独立性表现为,一个维度值在自己的取值范围内任意驰骋时,其他维度有保持完全不变的特性。很明显2维坐标系和3维坐标系都具有这样的特性。

本节讨论了维度的定义,以及从1维到3维坐标系的形成过程。下面讨论四维能否存在?

2. 第四维度

当今世界,主流学术界对第四维度分两个方向定义,四维空间和四维时空。

2.1. 四维空间

四维空间,就是在空间3维坐标系的基础上,讨论再增加一个空间方向维度的情况。

(1)从维度的定义我们已经知道,共存的维度必须保证相互间的独立性。如果增加第四个维度,这个第四维度能够和之前的三个维度,彼此间保持独立性吗?假设在3维坐标系中引入空间第四维度,请思考,要保证在其他三个维度值不变的前提下,这个第四维度值能够自由变化吗?答案很明显,这个第四维度根本无法动弹。所以从维度的独立性可知:四维空间是不存在的。

(2)从宇宙空间点和坐标系点的对应关系,可以知道,到3维坐标系时,宇宙空间点已经和坐标系点形成了一一对应的关系。此时还需要再画蛇添足似的增加一个小名吗?从能量最低法则讲,只要目的达到,根本没有必要再增加一个坐标参数。

(3)从坐标系的空间几何形式讨论,大家想象一下,3维坐标系建立了通过空间某点的三条直线,这三条直线两两相互垂直,请问还能够找到异于这3条直线,且要通过三条直线的交点(原点),还要和这三条直线都两两相互垂直的空间直线吗?有一丁点空间思维能力的人,就给很明确地回答,根本找不到同时满足这些条件的第四条直线。

定义第四维度,必须满足维度的定义条件,这才是科学的态度。通过上面3个方面的思考,很容易得到,四维空间是不存在的。

2.2. 四维时空

四维时空,就是在空间3维坐标系的基础上,讨论再增加一个时间维度的情况。

将时间提为三维空间的第四维度,正是明白空间只可能是三维的,根本加不进去第四维空间。三维空间无法加入第四维空间,那么,加入第四维时间就成立吗?

加入第四维时间的人,立足于运动,因为运动让人类觉察到了时间的存在。此时就会出现两种思维方向:A种是认为任何物质的运动,都是在同一个三维空间中;B种认为物质因运动所处的位置,在不同的三维空间中。

B种思想的人认为物质存在过去的自己,当前的自己,以及未来的自己,不同时间内的自己位于不同的三维空间中。笔者就B种思想的人提个问题,请问运动物质的整过运动过程,是否都在包括你在内的众多观察者的观察过程中?众多观察者都有各自的运动状态,而运动又对应不同的三维空间,请问这众多复杂的三维空间是如何相互通视的,有逻辑判断能力的人,应该会轻易得出一个结论,此种情况下,这众多复杂的三维空间只可能是同一个三维空间。

举个例子,人体中,我们的血液相对于骨骼和肉肉等是一直流淌运动的,难倒说我们的骨骼和血液位于不同的三维空间,很明显我们的躯体,包括相对静止的骨骼,相对运动的血液,都是同一个位于同一个三维空间中的躯体,根本不存在因时间而形成的多个三维空间。

从维度的定义,也很好区分时间不能纳入第四维度。假设时间被纳入第四维度,提两个个问题:

1、时间能够任意自由变化吗?很明显,时间只能自然流逝,而不能够想到那个时刻点就到那个时刻点,也不能够想快就快和想慢就慢。三维空间各个维度,都能够自由变化而不考虑其他维度的变化情况,时间不具有成为维度的此条基本条件。

2、时间的改变,其他维度具有保持不变的特性吗?时间的改变,是其他三个空间维度变或不变而体现出来的,时间和三个空间维度是共存关系,而不是独立变化的关系。

其实,将时间作为第四维度的人,是没有将两个概念想明白,一个是“运动是同一三维空间的位置改变”,另一个是“运动是不同三维空间中静止的串联”。第二个运动概念类似于最早电影的原理;而第一个运动概念是宇宙中真实的客观存在情况。

通过上面的分析,答案应该很明确:时间根本不具备作为第四维度纳入三维空间的条件,所以四维时空的概念是不成立的。

其实,提四维时空的人,变相提出了多元宇宙空间的概念,四维时空不成立,多元宇宙空间也是不成立的。当今主流学术界,提出了平行多元宇宙空间和嵌套多元宇宙空间等概念,人往这些方向思考,笔者不反对;但是,如果把臆想当成科学结论,笔者是坚决抵制的。

3. 结论

综上所述,无论是空间维度还是时间维度,都不具备构成第四维度,甚至更多维度的条件。宇宙空间是唯一的同一的三维空间,时间是同时存在于整个宇宙空间的宇宙共同属性。宇宙空间中,因为宇宙尺寸无限大的原因,导致空间中存在过去宇宙各个时间点的各种声光信号,我们不能说接收到了宇宙过去的信号,就说这是过去的宇宙时空;因为,我们所接收信号所代表的当时的客观事物,可能早已面目全非。

 

我们所感知的世界,只是客观真实世界的一小部分,然而就算是感知的这一小部分,也会被我们人类按照自己的大脑思维惯性而曲解。这正说明了,我们要正确客观认识我们所赖以生存的地球及宇宙,就只能靠我们的不被假象所迷惑的客观的科学的“心”去感受。

作为一个客观的理智的科学工作者,我们必须摒除个人意识偏见,用客观的科学的实事求是的态度,去对待我们所做的每一项研究工作。只有这样,我们才可能不会因为我们个人认知标准不同的原因,去误导人类大众的认知标准。

 

科学分析,不求大同。不足之处请客观指正,谢谢!

 

                                                         陈军

                                                  2021年11月10日

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26 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 南极的那只企鹅

    请问我可以根据您的说法写一篇个人评价吗?

    • 紫薇圣人

      谢谢你还询问我的意见。 这是你的自由和权利。只要是实事求是的逻辑分析,无论是支持我的思想,还是批评我思想的漏洞,我都接受。
      只是希望你的文章,能够写出逻辑层次,写出你的个人水平。也算是为科学探讨贡献力量。
      共勉!

  2. 南极的那只企鹅

    其实克莱因瓶有一部分还是正确的,不过他偏偏要把它连接起来,否则不连接其实也是盛不满的

  3. 南极的那只企鹅

    四维空间不存在这还有些可能,不过即使存在它们也不是这个样子的

  4. 南极的那只企鹅

    👍👍👍

    • 紫薇圣人

      感谢老师留言参与讨论,我只是从基础层面论证了在三维空间的基础上,无法加入第四维度,包括空间和时间都无法作为第四维度加入其中。无法加入第四维度,就更不存在高维度时空。至于说存在四维空间或四维时空的人,也应该给出四维存在的逻辑证明过程。仅此而已。

    • 紫薇圣人

      每个人都是特别的,也是唯一的,每个人身上都有别人学习的优点。所以,老师不以年龄为隔阂。三人行,必有我师焉。互相学习吧

    • 南极的那只企鹅

      是的,现在人类的思想错了,他们以莫比乌斯带克莱因瓶等来证明,可莫比乌斯带只不过是一个面而已嘛,一点都与“四维”无关。克莱因瓶更糟,只不过是硬要把两个莫比乌斯带相连就形成的怪东西,什么装不满嘛,根本就是废话,从入口处流出来,那儿都密封了怎么流?!如果要说是从一个“三维无法了解的四维空间”流,那么倒不如说在桌上倒水结果流在头上!难道这又不是“从某个三维无法了解的四维空间”让水流在头上吗?四维这简直是胡扯!

    • 紫薇圣人

      现在人类,在谈某些概念,比如:维度,光速等等,都已经脱离了概念的定义基础,所以才会出现胡乱混淆视听的行为。
      大道至简,回归本源,就能很容易辨别是否。

    • 南极的那只企鹅

      他胡说八道的行为讨人厌😂

    • 南极的那只企鹅

      不是多一个空间就是多一个维度,就像二维不可能了解三维

    • 徐宽

      4维是不是就是时间倒流

    • 紫薇圣人

      对这种猜测暂不作评论。从现实出发,提几个问题:时间能否倒流?如何倒流?人类在时间倒流过程会不会“返老还童”?这些问题能否回答

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