維[度]

維[度]（dimension）是2019年公布的物理學名詞，屬於物理學通類學科。該名詞由全國科學技術名詞審定委員會於2019年審定發布，收錄於《物理學名詞》（第三版）。

基本介紹

• 中文名：維[度]
• 外文名：dimension
• 所屬學科：物理學_通類_物理
• 公布時間：2019年
• 定義：數學中獨立參數的數目

基本含義

維度（dimension），又稱為維數，是數學中獨立參數的數目。在物理學和哲學的領域內，指獨立的時空坐標的數目。

0維是一個無限小的點，沒有長度。1維是一條無限長的線，只有長度。2維是一個平面，是由長度和寬度（或部分曲線）組成面積。3維是2維加上高度組成體積。4維分為時間上和空間上的4維，人們說的4維通常是指關於物體在時間線上的轉移（即三維空間加一維時間）。

從哲學角度看，維度是人們觀察、思考與表述某事物的“思維角度”。

基本特徵

數學定義

維度是一個數學概念，指獨立參數的數目，即描述空間中一個點的位置所需的坐標數量。如果一個抽象空間內有n個自由度，則需要n個坐標來描述，這個空間就是n維的。維度的概念具有不變性，即維數是拓撲不變的，這一性質由盧伊茲·布勞威爾在1912年證明。此外，維度可以是分數，如費利克斯·豪斯多夫提出的定義允許非整數維度（分形維度），例如科赫曲線的豪斯多夫維度約為1.26。

物理特性

在物理學中，時間維度常被視為與空間維度不同。從經典力學到相對論和量子力學，時間維度與空間維度的關係經歷了演變。在相對論力學中，時間與空間統一為四維時空，可以相互轉換，但時間維度保持了基本的時序不變性。目前的普適力學常數（如光速c、普朗克常數h）揭示的物理界限（光速不變性、不確定性）中，有兩個與時間密切相關，這體現了時間維度的特殊性。

發展歷程

古希臘時期，亞里士多德已認識到三維空間，在其著作中描述線、面、體的維度概念。牛頓在經典力學中引入絕對時間和絕對空間的概念，在此框架下，時間維度與空間維度地位平等。

愛因斯坦的狹義相對論將時間與空間統一為四維時空，廣義相對論進一步將引力納入時空的幾何結構。20世紀初，對高維空間的數學研究取得重要成果。1912年，布勞威爾證明了維度不變性；豪斯多夫提出了允許非整數維度的定義，為分形幾何奠定了基礎。

20世紀後期至今，弦論及其發展的M理論為統一基本相互作用，提出了額外的空間維度，如10維或11維，極大地推動了高維物理的研究。

套用

在凝聚態物理中，異維近藤超晶格體系通過維度調控磁性，實現了各向異性的近藤效應。

在光學與量子模擬領域，合成維度技術利用光子的頻率、軌道角動量等自由度，在低維物理系統中模擬高維拓撲物理現象，為研究複雜系統動力學和開發新型光學器件提供了平台。

影響

愛因斯坦的狹義和廣義相對論將時間與三維空間結合，提出了四維時空模型，改變了人們對宇宙的基本認識。為了統一基本相互作用，弦理論假設存在十個維度，包括四個大尺度時空維度和六個額外的緊湊維度，而M理論則提出了11維甚至24維或26維的空間概念。Brane世界等理論模型探討了宇宙可能嵌入一個更大五維空間的可能性。

合成維度概念的提出與實驗實現使得在低維物理平台上研究高維拓撲材料、非厄米物理等複雜現象成為可能。這為凝聚態物理、量子模擬和光子學等領域提供了新的研究工具和視角。材料科學方面，對低維材料如二維材料物性的深入研究，也受益於對維度的精確調控和理解。

相關研究

在物理學中，維度相關的前沿科學研究進展迅速，合成維度是當前的重要研究方向之一。

中國科學技術大學郭光燦院士團隊的李傳鋒教授、許金時教授和楊木博士後等人於2025年5月提出了一種基於雷射加工帶孔波片構建軌道角動量合成維度邊界的方法，成功在軌道角動量合成晶格中探測到了清晰的拓撲邊緣態。

北京大學胡小永、龔旗煌團隊於2025年7月提出並實現了一種維度可擴展的時域合成維度光子晶格方案，該方案能夠對高維空間中每個晶格位點和時間步長處的信號光相位與強度進行獨立調控。

在新型二維材料（如1T-M2S、MSene家族）的研究中，科學家們正在探索由低維度引發的奇異量子態及多序競爭現象。

公布時間

2019年，經全國科學技術名詞審定委員會審定發布。

出處

《物理學名詞》 (第三版)。