基本介紹
- 中文名：第四維空間
- 概念：三維空間加上時間構成
- 基本解釋：一個時空的概念
- 根據：愛因斯坦的相對論
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時間四維
簡介
根據愛因斯坦的相對論，我們生活中所面對的三維空間加上時間構成所謂的四維空間。由於我們在地球上所感覺到的時間很慢，所以不會明顯的感覺到四維空間的存在，但一旦登上宇宙飛船或到達宇宙之中，使本身所在參照系的速度開始變快或開始接近光速時，我們就能通過對比，發現時間的變化。比如你在時速接近光速的飛船里航行，你的生命會比在地球上的人要長很多。這裡有一種勢場所在，物質的能量會隨著速度的改變而改變，變化而變化。所以相對來說時間的變化及對比是以物質的速度為參照系的。這就是時間為什麼是四維空間的要素之一。
不過，日常生活所提及的“四維空間”，大多數都是指愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的“四維時空”概念。根據愛因斯坦的概念，我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關係，是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又多了一條時間軸，而這條時間的軸是一條虛數值的軸。 簡單地說：零維是點，沒有長、寬、高。一維是由無數的點組成的一條線，只有長度，沒有寬、高。二維是由無數的線組成的面，有長、寬沒有高。三維是由無數的面組成的體，有長寬高。維可以理解成方向，四維又多了時間。下面我舉例說明。
舉例解釋
A找B，在X馬路上，這樣一條線可以理解為一維
A找B，在X馬路與Y馬路交口，這兩條線可以理解為一個平面，是為二維
A找B，在X馬路與Y馬路交口處Z樓的5層，現在加了多少層，構成立體結構，是為三維
A找B，中午12：00，在X馬路與Y馬路交口處Z樓的5層，現在不但加了多少層，還有了時間，如果A在12:00點去，就不會見到B。是為四維。這裡的時間就是第四維
空間四維
摘要
第四維度也可以用空間的方式理解，即一個有四個空間性維度的空間（“純空間性”的四維空間），或者說有四個兩兩正交的運動方向的空間。這種空間就是數學家們用來研究四維幾何物體的空間，與愛因斯坦提出的時間作為第四維度的理論不同。
基本內容
如果說我們認為愛因斯坦的理論是正確的話，c相對於任何參考系不變，則一個以c運動的物體會遇到一條2c速度運動的光，而光的頻率增大，能量增大，要想超越原來的速度，必須要無限大無限大的能量（即使是沒有內稟質量的光量子達到光速也要無限能量），我們假設頻率無限大，則波長必然無限小*2，相對於c的波長越短，以c運動物體（設為A）的相對時間就會越快，也就是永遠無法達到時光倒流。
如果我們認為愛因斯坦是錯誤的，c相對任何參考系可能改變，當A速度為c時，光的波長=無限大，光成為一條直線，我們可以理解現在的光量子成為排成一條直線的連續“波”，此時我們的A如果背向一個信息源，這個信息源發出的所有信息我們都無法接收到，我們看到的就是這個信息源在我們運動開始的一瞬間的狀態，而如果我們速度稍微小於光速，則和相對論的預言將會一樣，時間會變慢，波長會增大，如果我們的速度大於光速，則背向信息源運動可以看到這個信息源以前發出的信息，相向信息源發出的光運動，可以提前看到未來，如果說我們處於一大堆信息源圍成的立體幾何體中央，我們必然要在背離一個信息源（時間倒流）的同時選擇靠近一個信息源（看到未來），所以說如果時光倒流可能成立，我們只能像一個背離所有空間方向的方向運動，如同在一條線（左右）上的點向前後移動，比如一個面（前後左右）上的點向上下移動，所以運動的物體必然要向一個處於這個空間中，但是可以背離所有物體的方向運動。
（虛）實時間是矢量，必須有大小和方向。
如果根本不存在時光倒流，我們也可以通過理論得出這樣一個維度存在的結論，通過實驗或許能過測量出這個維度與我們現實世界的三個維度的夾角度數（因為被嚴重捲曲所以不是垂直），暫時沒有人資助這個實驗，但是將來有指望進行證實。
作為空間的第四維度
關於這一點，考克斯特曾寫道：
把時間作為第四維度帶來的好處即使有的話也是微不足道的。實際上，H. G. 威爾在《時間機器》中發展的這種十分吸引人的觀點導致了J. W. 杜恩（《時間實驗》）等作者對相對論的非常錯誤的理解。閔可夫斯基的時空幾何是不符合歐幾里得體系的，所以也就與當前的研究沒有關係。
x=(p,q,r,s)
以標準基底表示就是
也就是勾股定理向四維空間進行的很自然的類比。這就讓兩個向量之間的夾角很容易定義了。
在我們熟悉的三維空間裡，有三對主要方向：上下（高度），南北（緯度），東西（經度）。這三對方向兩兩正交，也就是說，它們兩兩成直角。從數學方面講，它們在三條不同的坐標軸x、y、z上。計算機圖形學中講的深度緩衝指的就是這條z軸，在計算機的二維螢幕上代表深度。
純空間性的四維空間另有一對垂直於其他三個主要方向的主要方向。這一對方向處在另一條同時垂直於x、y、z軸的坐標軸上，通常稱作w軸。對這兩個方向的命名，人們的看法不一。一些現行的命名有安娜/卡塔，斯皮希圖/斯帕提圖，維因/維奧，和宇普西龍/德爾塔。這些額外的方向處於（實際上是垂直於）我們所能觀察到的三維世界中的方向之外。
