四维时空

科普中国本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核

审阅专家刘军

四维时空是构成真实世界的最低维度，我们的现实世界恰好是四维，至于高维真实空间，至少我们还无法感知，就如人将蚂蚁面前的一块食物拿起来，蚂蚁只当它凭空消失。因为蚂蚁的空间理念是二维空间，在它们那理解不了高度。而我们理解四维也就像蚂蚁去理解这个食物为什么会消失，也就是去理解三维世界一样。

在数学上有各种多维空间，但目前为止，我们认识的物理世界只是四维，即三维空间现实世界加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思，只有数学意义。

中文名

四维时空

外文名

four spaceti

涉及领域

数学、宇宙学、物理学等

概述

三维空间加一维时间

简介

构成真实世界的最低维度

快速

导航

相关

概念介绍

详细信息

四维时空模拟图

二维空间

有一位专家曾打过一个比方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，只需要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。

首先一个世界的构成必须满足两个条件空间和时间，如果这两者之间任意一个不存在，那么这个世界就无意义，无意义也就是说不存在。

一个世界的物理法则是必需，世界上一切事物的运作规律都必须有一定限制，不然该事物的存在就不可能正所谓一切事物都是相对的存在，如果按照维度空间论来说，那么位于更高维度的生命体就有可能控制时间或空间这就是不合逻辑的事。

而四维空间像爱因斯坦说的在三维空间上加一条时间轴，因为不管几维空间都离不开时间的支持，没有时间也就没有空间时空是无法分开的，分开就没有意义了。一把尺子在三维空间里不含时间转动以尺子外的某个点或线为中心，其长度不变，但旋转它时，它的各坐标值均发生了变化，且坐标之间是有联系的。四维时空的意义就是时间是第四维坐标，它与空间坐标是有联系的，也就是说时空是统一的，不可分割的整体，它们是一种“此消彼长”的关系。1

四维空间就是现在的时空，使用四元数可以较为方便的理解因四维空间而产生的相对论效应，见关于四元数的几何意义和物理应用。

基本概况

在物理学和数学中，一个nn可以为非整数个数的序列可以被理解为一个n维空间中的位置。当n4时，所有这样的位置的集合就叫做四维空间。这种空间与我们熟悉并在其中居住的三维空间不同，因为它多一个维数。这个额外的维数既可以理解成时间，也可以直接理解为空间的第四维，即第四空间维数。有人认为时间也是一种空间，在某种条件或情况下可以被逆转，可以被穿越。1

四维空间概念

四维空间是一个时空的概念。简单来说，任何具有四维的空间都可以被称为“四维空间”。不过，日常生活所提及的“四维空间”，大多数都是指爱因斯坦在他的广义相对论和狭义相对论统称“相对论”中提及的“四维时空”概念。根据爱因斯坦的概念，我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系，是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又加了一条时间轴，而这条时间的轴是一条虚数值的轴。2

根据爱因斯坦相对论所说我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。由于我们在地球上所感觉到的时间很慢，所以不会明显的感觉到四维空间的存在，但一旦登上宇宙飞船或到达宇宙之中，使本身所在参照系的速度开始变快或开始接近光速时，我们能对比的找到时间的变化。如果你在时速接近光速的飞船里航行，你的生命会比