2 个回答

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  董沫然

  2022-11-05

  我们人类所在的是三维空间，四维时空。所谓三维空间就是我们所指的长宽高。四维时空就是在长宽高的三维空间上增加时间。
  物理学中以维度来形容时空坐标的数目，四维即四个维度，它是由无数个三维组成的，而三维是由无数个二维组成的。其他高维度的组成方式以此类推。三维以上的维度统称高维度。
  目前物理学所指的四维空间就是长宽高和时间。直接的说就是四维生物可以任意穿越到不同的时间。就像我们前进后退一样。

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  风去了无痕

  2022-11-05

  现在物理学定义的四维空间是哪四维？

  施郁（复旦大学物理学系教授）

  所谓四维空间通常是指三维空间加上一维时间，准确来说，叫做四维时空。

  不是说随便四个性质就可以用来定义四维空间。从数学上来说，4个维度之间必须互相正交。 比如在我们通常的三维空间中，我们可以建立一个3维坐标系xyz，其中3个坐标轴x轴、y轴、z轴两两互相垂直。数学上，垂直的概念可以更一般di 推广为正交。对于3维空间中的任何一点，只要给定这3个坐标，就确定了这个点的位置。坐标轴可以任意选定，只要满足3个轴互相正交。将一个坐标系任意移动、旋转，还是一个完全合法的坐标系。

  现在，对于空间中发生的某个事件，除了必须给出位置，也就是3个空间坐标之外，还要说明时间。所以我们可以定义4维时空。在相对论之前的牛顿力学中，时间轴与空间轴互相正交是没有问题的，因为时间与空间无关。但是在这个4维时空中，4维坐标系不能旋转，因为如果能作4维的旋转，新的时间坐标与原来的空间和时间坐标都有关系，而这在牛顿力学中是不可能的，因为在牛顿力学中，时间总是与空间坐标无关，只能整体地平移。所以在牛顿力学中不能真正定义4维时空。类似地，不能用3维空间加上随便一个物理量来定义4维空间。

  但是在爱因斯坦的相对论中，考虑相互作匀速运动的参照系，某个参照系中的时间坐标与另一个参照系中的时间和空间坐标都有关系，空间坐标也是如此。而且还可以定义一个4维区间，它的平方等于3个空间坐标的平方之和减去光速与时间的乘积的平方。这样一个4为区间的平方在不同参照系中是相等的。这类似于3维空间中，互相旋转的参照系中，区间3个空间坐标的平方之和在不同参照系中是相等的。所以相对论坐标变换（叫做洛伦兹变换）就对应于4维时空中的坐标轴旋转。

  这就是四维时空的由来。