谈谈4维空间，看完霍金的宇宙观的启发

最近无聊看了霍金的宇宙，基本讲的就是物理的进程和一些思索，从最早的科学服从神学，到科学抛弃神学，到现今的科学结合神学（也可以是科学不能解释的地方用神学去思考），哥白尼，牛顿，迦俐略到现今的爱因思坦，霍金，每一个科学伟人代表了一种科学时代，同时处在一个科学时代背景下的科学伟人都只能提出局限当时科学水平的理论与观点，后来的科学伟人几乎都是打破前人的科学理论而成为科学伟人的。所以我们发现，科学家只能提出局限当时科学水平的理论，如果打破当时科学理论成为新一代的科学理论必然将被后人打破，换言之，科学伟人的理论也不一定是永远正确的。最近的一个例子就是在近代，关于宇宙是否在膨胀，宇宙是否来源于宇宙大爆炸，爱因思坦一开始是站在错误的一方，认为宇宙是恒定的，但是由于他的广义相对论却不能解释宇宙的膨胀，因此他给他的公式加了一个宇宙常数，但由于人们发现了宇宙大爆炸残留的辐射这一证据使爱因思坦承认了他的错误，取消了宇宙常数，宇宙大爆炸理论在科学界已经普遍被接受。可见伟人也是会犯错的。

再来谈谈4维空间，很多科幻影片把4维空间想象为时间，甚至在一些科普电影里有意无意的引导人们把4维空间想象成时间。
估计人们的惯性思维是来源于这一理论，谁提的想不起来了
一维的线+运动=二维的面
二维的面+运动=三维的体 （也就是我们现在世界）
三维世界+运动=?   

“？”理所当然的被人们想成了时间

还有一种想法是“？”是人的意识，具有代表性电影就是蝴蝶效应
但我认为人也是由物质组成的，人从另一角度讲就是高智能具有意识的电脑，也可以说高级智能的电脑也是一种生命体，只不过各自的组成物质不同，各自摄取能量的途径不同，本质上人同高智能电脑其实是一样的。由3维空间制造的物质并不能简单的创造4维空间。

看上面的公式，似乎可以想当然的推断下面的结果。但是之前我已经说过，科学理论并不是一成不变的，我们之所以能推断出这个公式，是因为，1维2维3维空间都是我们能见到的，也能理解的，是局限于当今科学理论所做的思索，但4维空间是我们从来未见也是不能轻易理解的，可能并不存在4维空间。但是如果我认为不存在我也没必要来说了，我个人也相信它可能是存在的，但是很可能不是人们想象的那样。

局限于当今的科学理论让我也思考一下，爱因思坦的相对论解释时间于空间是相对的，即有时间就有空间，反过我们可以得到，时间是始终伴随1，2，3维空间的，并不是独立可以作为一个空间概念。从宇宙的最初开始，宇宙是一个点，但对于最初宇宙是否具有质量？如果我们从恒星的死亡来看，恒星死亡后瞬间成为超新星，恒星在发生聚变时不断创造新元素，体内重元素不断富集，恒星越大，体内的重元素的种类越趋向大质量，可能有我们现今都未有的超大质量的元素。巨大爆炸之后成为黑洞，体积无限小，相对体积的质量应该是巨大的，很容易让人理解为宇宙的初期既是一个黑洞，现在人们虽然能捕捉到黑洞的位置，但并不能计算黑洞的质量，但是从黑洞的运动来看，巨大的引力甚至能吃掉恒星，黑洞无疑具有巨大的质量，并且黑洞是无法死亡的，一出生既存在，按照现在的理论，宇宙还处于由于大爆炸而产生的膨胀期，但是我们知道每一个恒星的死亡都可能带来黑洞，在黑洞数量于其巨大的引力作用下，宇宙最终会停止膨胀，并且回归成宇宙最初点，但是宇宙的最初只有氢元素，宇宙地球上的所有元素都来自于所有恒星死亡的爆炸，较轻的元素被高速抛向宇宙，重元素富集成为黑洞，所以我们得出宇宙初始不可能是黑洞。那宇宙初始到底有无质量？如果有，我觉得宇宙的初始应该即是一个超级大的恒星，在宇宙这个恒星死亡时，发生了宇宙大爆炸，抛出巨大的物质，不断膨胀这个宇宙，不断得创造了越来越多的恒星，最终创造了我们的宇宙。如果宇宙初试始没有质量，那宇宙是什么？我觉得宇宙可能就是一个点，没有任何意义的一个点，直到宇宙大爆炸，才有了宇宙，才有了我们的三维空间，甚至才有了我们的宇宙物理。我得出了这样一个结论，宇宙的外面才是4维空间。宇宙有可能就是宇宙外的人BOMB了一下，创造了我们的三维空间，就象我们画了一幅画创造了一个二维空间。:titter:

结束语：
记得有一部影片的结尾，一人怪物手里拿着宇宙，宇宙就象一个弹珠一样被放进袋子里，想象很好，但不全面。
随着人类科学的不断进步，最终人类很可能达到永生，可能人的物质形态进化达到能够在宇宙任何环境下生存，这种物质形态并不一定表现为改变一般的人体生理，可能是极稳定的元素构成人体的机构，人和机器结合可能只是一种过渡性的进化，最终甚至可能人进化到非物质化，存在机器中，如果人类最终有一天能够达到宇宙的边际，人是否能走出宇宙见到宇宙外的4维空间？呵呵，如果那一天真可能会来，我们是不是也会觉得电影中的人跨出电影那样惊奇？或者我们根本不可能走出宇宙，3维空间的物质永远不可能进到4维空间，如同我们画中的东西永远仅仅存在画中那样悲哀？

[[i] 本帖最后由 baby5213344 于 2007-3-14 04:21 编辑 [/i]]

唉，每次我思考这个问题就刹不住车，总觉得这个和参透生死是统一的。

一直以来对黑洞的解释都是质量大到光都被吸引住射不出来，所以“黑”。
可是光是什么？有质量嘛？一个没有质量的东西怎么可能被吸引住？

按照爱因斯坦的相对论，宇宙中任何东西应该都是直线运动的。行星的运动轨迹也是直线，而因为恒星的质量扭曲了周围的空间，行星运动的就貌似曲线了……
可是，光呢？光没有按行星的轨迹跑啊？光经过恒星的时候确实有偏移，可偏移太少，用扭曲空间的说法解释不通撒。

不解，求教达人

我就觉得奇怪，为什么宇宙就一定有边界？谁确定了这个概念？无限的东西难道在这个我们生活的宇宙中就不存在？？！！这些所谓的理论都是建立在所谓的宇宙大爆炸理论下，本身就死漏洞百出的东西能生出什么好的理论么？:qoo+:qDD+

[[i] 本帖最后由 fycmouse 于 2007-3-14 11:00 编辑 [/i]]

根据质量守恒定律,宇宙大爆炸前的质量应该大体等于现在宇宙的质量
可宇宙大爆炸是从一个很小很小的点来的,那么密度趋向于无穷???

[quote]一维的线+运动=二维的面
二维的面+运动=三维的体 （也就是我们现在世界）
三维世界+运动=?   

“？”理所当然的被人们想成了时间 [/quote]

楼主所说的？并不是被人理所当然的想象成了时间，时间不等于四维的什么，因为时间存在于各个维！我想到的是，一个人在阳光下行走，这个人和他的影子一起运动的时候该算什么？

楼主说的那个电影是黑衣人啊.

[quote]原帖由 [i]fantasydog[/i] 于 2007-3-14 09:03 发表
一直以来对黑洞的解释都是质量大到光都被吸引住射不出来，所以“黑”。
可是光是什么？有质量嘛？一个没有质量的东西怎么可能被吸引住？

按照爱因斯坦的相对论，宇宙中任何东西应该都是直线运动的。行星的运 ... [/quote]

光是一种粒子，既是一种能量，能量与质量在一定条件下是可以转变的，例如核聚变，通过老爱的方程式E=MC·2也能得到，
所以光能够被吸引也应该不奇怪。但是，能量反过来成为质量的同时，还会出现反物质，一般也叫黑色物质，现在的讲法是，宇宙大暴时，既产生了物质与反物质（黑色物质），在星系之间似乎充满了反物质（黑色物质）来达到星系间的平衡，并不是如我们肉眼所见宇宙是空洞的。

还有一点，黑洞在吃恒星时会在周围形成巨大的物质流，如同地球上的龙卷风，例如在物质旋转的进入黑洞之时，一些较轻的物质和粒子会从上下两个顶端（如果物质旋涡是平的象盘子）高速被甩出，因为通过望员进可以看到这个过程，所以部分光也是被甩出的。

[quote]原帖由 [i]ghostdance[/i] 于 2007-3-15 00:45 发表


楼主所说的？并不是被人理所当然的想象成了时间，时间不等于四维的什么，因为时间存在于各个维！我想到的是，一个人在阳光下行走，这个人和他的影子一起运动的时候该算什么？ [/quote]

呵呵，你的意思是5维？

如果把影子假定是2维的空间，人所处的空间是3维的，在同一阳光下，只能说明3维空间包含了2维空间，并不能相加:titter:

我以为，黑洞属于宏观，牛顿力学是不适用的。

[quote]原帖由 [i]baby5213344[/i] 于 2007-3-15 03:11 发表


光是一种粒子，既是一种能量，能量与质量在一定条件下是可以转变的，例如核聚变，通过老爱的方程式E=MC·2也能得到，
所以光能够被吸引也应该不奇怪。但是，能量反过来成为质量的同时，还会出现反物质，一 ... [/quote]
有点不明白,原来看<时间简史>的时候记得说光是无法逃逸的,后来的<果壳里的宇宙>里又说光即使是由于空间的扭曲而"进入"黑洞,也有可能逃逸的出..........
另外问一句,不是说黑洞有巨大的质量和能量而使得周遍的空间扭曲,那么就是说它在消耗着,那就不存在一个永远的问题了吧?

PS:黑洞的质量不可能无限大的,要么就没有宇宙可言了(全被吸进去了....)奇点学说不是后来被人说是有问题的了么?

[quote]原帖由 [i]fantasydog[/i] 于 2007-3-15 09:01 发表
我以为，黑洞属于宏观，牛顿力学是不适用的。 [/quote]
..........................无语中

[quote]原帖由 [i]卜卜月[/i] 于 2007-3-20 12:40 发表

有点不明白,原来看<时间简史>的时候记得说光是无法逃逸的,后来的<果壳里的宇宙>里又说光即使是由于空间的扭曲而"进入"黑洞,也有可能逃逸的出..........
另外问一句,不是说黑洞有巨大的 ... [/quote]

广义相对论所预言的一种特殊天体。它的基本特征是具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界。外来的物质和辐射可以进入视界以内，而视界内的任何物质都不能跑到外面。

1939年,奥本海默等根据广义相对论证明,一个无压的尘埃球体,在自引力作用下，将能坍缩到它的引力半径的范围以内。引力半径rg=2GM/c2，式中G为万有引力常数，c为光速，M为球体的总质量。当物质球坍缩到半径为rg，这个球体所发射的光线或其他任何粒子,都不能逃到rg球以外,这就形成黑洞。对晚期致密恒星的研究证明，存在一临界质量Mc。当星体质量M>Mc，在引力坍缩后，它不可能有任何稳定的平衡态，而只能形成黑洞。

在形成黑洞以前的恒星物质可以有各种不同的属性。但是，一当形成稳定的黑洞以后，几乎所有属性都不再能被观测到。只要用三个参数就可以完全表征黑洞的性质。这三个参数是：质量M、角动量J和电荷Q。当J=Q=0时，是球对称的史瓦西黑洞；当Q=0时,是轴对称的克尔黑洞。黑洞的一个重要物理参量是它的视界的面积A,其值为（在c=G=1单位系）：

A=8π〔M2+M(M2－a2－Q2)1/2－Q2/2〕， 式中a=J/M。A的基本性质是，在黑洞的演化过程（例如，通过与物质相互作用，或黑洞之间的相互作用）中，它的面积总不减少。这称为面积不减定理。它是物质只能进入黑洞而不能跑出黑洞这一特性的定量表述。面积不减定理,类似于热力学中的孤立系熵不减原理。因此,黑洞的面积相当于黑洞的熵。在这个基础上建立了黑洞热力学。黑洞热力学的一个结论是，黑洞具有一定的温度，其值与黑洞的质量成反比。1974年，霍金证明，如果考虑到黑洞周围空间中的量子涨落，则黑洞的确具有与它的温度相对应的热辐射。计及量子效应后，黑洞不再是完全“黑”的了,它也会发射,甚至出现剧烈的爆发。

最近一项有争议的研究称，几乎所有进入一个黑洞的信息会从中逃逸出来（c.f. 广义相对论人为什么都逃不出来）。研究显示，黑洞可能会被用作精确的量子计算机，当然要首先克服理论到实践的难题。许多人包括霍金已经认识到黑洞不会摧毁信息。MIT 的 Seth Lloyd 和一些科学家认为黑洞可以用作一台量子计算机，Lloyd 称可能可以计算出一种对黑洞进行编程的方法，以正确的物质收集方式将物质放入其中。他还玩笑地说，除非人们理解量子引力，否则人们将无法在一个黑洞上运行 LINUX。

[quote]原帖由 [i]baby5213344[/i] 于 2007-3-14 04:15 发表
3维空间的物质永远不可能进到4维空间，如同我们画中的东西永远仅仅存在画中那样悲哀？
[/quote]
是啊，我们无法想象4维空间是什么，如同平面中的人无法想象三维空间怎么样？
不过我们的身体（3维）应该也应该存在于4维空间内，如同画中人（2维）存在于三维中一样。
我想，我们的思维是不是4维的？（思维＝四维）也许许多年以后我们只是以思维存在这个世界上（鬼？、仙？）:doubt:
大概以前的仙、神就是那些突破了3维空间的限制，成为4维或者5维，甚至n维的人！:doubt:

[[i] 本帖最后由 luplay1 于 2007-4-18 13:14 编辑 [/i]]

有时候常常在想，人是不是一个被别的什么生物所创造的机器人呢？也许等我们造出机器人的时候，当他们也能有创造意识的时候会不会又出现新的物种呢？
说以前宇宙是个小豆，那这个小豆是存在于空间中吗？还是虚无？不懂，
由于所知皮毛，望不嘲笑

实在看不懂写的什么.鄙陋之甚矣!

闭上一只眼,我们看到的就是平面,也就是2维空间,两只眼睛看到的就是3维空间,我一直这么想,如果有3只眼,我们是不是可以看到4维空间(有点类似开天眼...不过我是不迷信的唯物主义者)
当然,想要处理4维空间的概念,只凭左右大脑半球应该不够,应该还有个第3大脑半球(左眼由右脑处理,右眼由左脑处理,第3只眼呢——推翻了开天眼)所以我觉得以我们3维空间的人来说,想要理解4维空间,恐怕只能借助电脑这种工具或者用手术的方法弄出个有多脑半球的"人"来,才能真正理解这个东西.
所以我一直想提出个实验的理论，就是多处理器处理多方位图象的方法是不是可以将4维空间具体化，不过第一是没这条件，第二是没这实力，第三是没人听我的。。。所以如果这里有高人可以理解我的意思的话，希望你能用实验的方式验证我的想法的正确与否。当然如果觉得我说的不对，也希望大家指出，也算了了我的一桩心愿吧（PS：我没得绝症）:loveliness:

本人认为四维仍与时间有关.如我们现在看到的太阳，是八分钟前的太阳，非现时的太阳.也就是说现在的三维己非八分钟前的三维，是不是可以理解成四维.或者仅算是三维的运动，而运动的力对三维的支持为四维。本人随众之想，起个哄。:qoo+

每次想到这宇宙有无尽头之类的问题，就感到很害怕:qgod+:qgod+，一切都变得没有意义了

三维中的物质无法认知四维
我猜测人死后也许可以了解到四维
有没有患绝症的人愿意试一下
具体方案另议

四维......位置可以由下面定义：

0 0维：         点，0个参数   （你不知道它在哪）
1 一维：        线，1个参数  （你不知道它在哪）
2 二维 :         面2个参数决定   （它是无数的线，你还是不知道它在哪）
3 三维：        空间3个参数决定 （无数的面组成，你还是不知道它在哪）
4 四维：        4个参数决定（无数的体组成，你还是不知道它在哪）
通过一维你可以在0维中随意跳跃。
通过二维你可以在一维中随意跳跃。
通过三维你可以在二维中随意跳跃。
通过四维你可以在三维中随意跳跃。

推广一下楼上的说法，“跳跃”无非是一个动作，它的流程是一维空间的（动作随时间而流）。通过 N 维空间，你可以在 N-k 维中随意做 k 维流程的事情。最后也许你会发现，3-1 维伪黎曼流形和 1-3 维伪黎曼流形，其实并没有什么区别（前者三维距离一维时间，后者三维时间一维距离）。

[[i] 本帖最后由 天宫公主 于 2007-8-23 17:24 编辑 [/i]]

哈哈，原来玄幻书上说的都是真的，哈里书也卖得红火。:titter:

有一天，俺也能明白的。

无法想象不代表不存在,现而易见不代表存在~~~

理解不了，现在所有人的猜测都仅仅是猜测，极大可能是错误的。

有句话说的好，你无法让古人理解 “嫦娥奔月一定要带上氧气瓶”这个概念，其实一样，当代人永远无法理解，除非生命可以永恒。

一个星球以光速远离地球,人类能否了解其全貌?

既然能很容易的意识到空间是三维的，时间是一维的。所以肯定还存在一维或多维，不然如何做参照空间和时间！

如果我们把地球比做一个原子或者是分子的话，对吗

量子论和广义相对论貌似有矛盾的说。
马克思主义说宇宙是无限的，但物质的具体形式则是有限的。
除了光速是恒定的，其他的东西，时间也好，空间也好，都是能改变的。

我觉得会不会因为我们身在宇宙里,所以觉得宇宙是3维空间,而从宇宙外看宇宙是一个二维空间,就像二维所说的那样,让我们先假设一些生活在二维空间的扁片人，他们只有平面概念。假如要将一个二维扁片人关起来，只消用线在他四周画一个圈即可，这样一来，在二维空间的范围内，他无论如何也走不出这个圈。
这会不会就是我们怎么也离不开宇宙的原因:qoo+

[quote]即有时间就有空间，反过我们可以得到，时间是始终伴随1，2，3维空间的，并不是独立可以作为一个空间概念。 [/quote]
楼主这句话的逻辑，在下认为是不严密的，如果说A成立可以推出B成立，那么并不能说当B不成立时，A就不成立，这是我们很小就接触过的充分条件和必要条件的理论逻辑。
因此，“有时间就有空间”并不能说明“当空间不存在时，时间不存在”，因此就不能支持“时间不能独立存在”这个观点。
当然，从我们的直观感受是，空间是衡量时间的标准，我们从空间的变化中，看到了时间的流失。但是衡量尺度不是充分条件。也就是说，我用一把尺子量出自己的身高是167cm，并不能说，当这把尺子被焚毁后我的身高就不存在了。
究竟时间是不是四维空间，究竟时间到底可不可以独立存在，我不知道，我只是就事论事指出楼主的这句话的逻辑是不严密的，而且也只是学术争论，没有任何的攻击挑衅意思，我也很喜欢天文，喜欢看有关暗能量的报道，希望能和楼主探讨，互相进步。

[quote]原帖由 [i]fantasydog[/i] 于 2007-3-14 09:03 发表
一直以来对黑洞的解释都是质量大到光都被吸引住射不出来，所以“黑”。
可是光是什么？有质量嘛？一个没有质量的东西怎么可能被吸引住？

按照爱因斯坦的相对论，宇宙中任何东西应该都是直线运动的。行星的运 ... [/quote]
光有粒子性。

时间是随运动产生的, 有运动就有时间. 如果宇宙万物是绝对静止的, 就不会存在时间的概念了

本来三维，后来多了一维，是因为爱因斯坦让人们认识到，时间与我们原先认识的三维空间不可分割。运动中的物体，其相对形态、相对时间流逝速度都会发生变化。

[quote]原帖由 [i]tonyget[/i] 于 2008-2-11 17:40 发表
时间是随运动产生的, 有运动就有时间. 如果宇宙万物是绝对静止的, 就不会存在时间的概念了 [/quote]
相对论的“公理”是这样的。但相对论只是描述宇宙的一个理论，或者说是一个很好的数学模型，但它并不是宇宙本身。时间与空间的本性，不是人类目前的理论水平可以说清楚的。

[quote]原帖由 [i]baby5213344[/i] 于 2007-3-14 04:15 发表
最近无聊看了霍金的宇宙，基本讲的就是物理的进程和一些思索，从最早的科学服从神学，到科学抛弃神学，到现今的科学结合神学（也可以是科学不能解释的地方用神学去思考），哥白尼，牛顿，迦俐略到现今的爱因思坦 ... [/quote]

我觉得广义相对论还不算完全证明。现在科学有点象神学发展的势头。

有谁能解释一下michelson 这个实验是怎么得出狭义相对论的  。。。

LZ真的把时间简史全看完了吗？
按爱因斯坦的理论我们本身就是生活在一个四维空间里呀，只是因为我们运行速度太慢感觉不到而已，不知许多人为什么觉得这个四维空间这么神奇呢？

回复 #3 fantasydog 的帖子

光是有质量的，

我对LZ所说的人类的物质进化和能量与质量是能够相互转换的说法很感兴趣。
按照LZ的说法，人类说不定能进化出将物质组成的肉体转化能量，或者干脆抛弃肉体，以纯能量体存在。就像圣经中的炽天使一样。

不可能吧

一维的线+运动=二维的面
二维的面+运动=三维的体 （也就是我们现在世界）
三维世界+运动=?   
不可能吧,我的观点是
一维的点+运动=二维的线
二维的线+运动=三维的面
三维的面+运动=四维空间 （也就是我们现在世界):():qcool+

[quote]原帖由 [i]totti[/i] 于 2007-8-22 09:04 发表
四维......位置可以由下面定义：

0 0维：         点，0个参数   （你不知道它在哪）
1 一维：        线，1个参数  （你不知道它在哪）
2 二维 :         面2个参数决定   （它是无数的线，你还是不知道它 ... [/quote]


你的說法真像"物競天擇"的定理一樣:q555+

我来纠正一下上边帖子里关于物理方面的模糊说法。只是按照现行主流物理理论，不涉及哲学或宗教以及尚处于未验证的物理理论。

1.  “光呢？光没有按行星的轨迹跑啊？光经过恒星的时候确实有偏移，可偏移太少，用扭曲空间的说法解释不通撒。”

光是不按行星轨道跑的。光子无静止质量，只走测地线。当时空弯曲时就不会走直线。光经过高密度天体时方向偏移很大，参见引力透镜。广义相对论是现有引力理论中最简单的一个，目前尚未与实验发生冲突。


2.  “如果有3只眼,我们是不是可以看到4维空间”

3个眼睛看见的还是3维的。在低维中只能看见高维的一个低维切片。


3.  "一个星球以光速远离地球,人类能否了解其全貌?"

凡是有静止质量的物体都不可以到达光速。但是无论这个星球按什么速度运动，只要它发光或反光，人类仍然可以观测到。例子：0.99999光速的类星体。


4. "所以肯定还存在一维或多维，不然如何做参照空间和时间！"

参照系和空间维数没有关系。


5.  “量子论和广义相对论貌似有矛盾的说。”

笼统地说矛盾算不上，但是两个理论目前相互无法沟通，此为当代物理一大头疼。


6. “究竟时间是不是四维空间”

丝绸肯定是打错字了，毕竟时间维度不同于空间维度。目前的标准模型里空时是3+1维的。


7.  “我觉得广义相对论还不算完全证明”

自然科学不存在数学意义上的“证明”，只有实验验证。实验不能验证理论正确，只能验证在目前的试验精度内理论有（或没有）与实验数据冲突。

8.  “光是有质量的”

光有运动质量。任何物质都有运动质量。现行理论中光子、胶子没有静止质量。

[[i] 本帖最后由 harp 于 2008-6-25 12:13 编辑 [/i]]