從零維到四維,不同維度的宇宙究竟長什么樣?一定顛覆你的想象

宇宙由不同維度構成的,這在我們接收到的認知中確實如此。我們簡單地將低維度看成點,線,面,立方。實際上并不準確,關于維度的假想中有很多說法,但由于我們處于三維空間中,所以無法將其他維度描述得很到位。并且也存在很多錯誤的認知。

說起維度我們一定要提到一個數學概念,這個概念從古到今仍在不斷研究和解析,希望從中找到宇宙的答案。這個數學概念就是π。π是宇宙中一個無限不循環(huán)的常數,也是我們這個空間中不可缺少的一個原則性常數,并且沒有確定解,日常運用只能用到大約數值。空間和π密不可分,密不可分的原因在于,任何一個空間其實都處于閉環(huán)結構,也就是一個以π為常數的圓。零維,在我們的認知中是一個點,又或者等于無的點。其實零維可以看成一個不存在的點,沒有維度有,在零維之上的維度才可以稱呼為空間。

當我們將零維提升到一維時,我們經常認為一維是一條無限長并且沒有粗細的線??墒?,這樣的一維空間中沒有了π的參與,并且也不是一個循環(huán)空間,也就是說π在這個空間中不存在??墒牵芯褪且粋€宇宙常數,一維空間也應該和π相關。

所以,我們必須在一維中插入和π相關的因素。所以,一維并不是一條無限長的線,而是一個以零維為圓心無限大的圓形線圈,一維空間的宇宙大爆炸也同樣是這個圓形線圈在不斷膨脹。你知道這個線圈的周長是多少嗎?C=2πr,其中半徑r就是第一個維度,r無限長,周長卻由這個公式可以得到,所以一維是一個有限無界的空間。有限是因為圓始終是存在的,無界是因為維度r無限長。

當我們將一維再提高一個維度時,需要在圓形線圈上增加一個維度。同樣增加的維度也和π相關,這時候將一維的線圈以直徑為軸旋轉一周,我們就得到了一個球面,這個球面就是一個二維空間。同樣在二維的宇宙大爆炸時,以球心為零維點,這個面無限膨脹,所以二維空間就是一個無限大的球面。你知道球面的面積如何計算嗎?S=4πr2,其中r2就表示這個空間已經有了兩個維度,而且根據公式,面積還是一個有限面積,卻仍沒有邊界,因為r2同樣是無限大。

進入三維空間需要將這個二維球面再提升一個維度,我們的二維球面上已經有了XY軸了,需要加入第三個Z軸。這時候我們就會發(fā)現,無論在這個球面上的任何地方用XY坐標軸去表示的時候,垂直的Z軸都是朝向球心。所以,第三個維度就在這個球面到球心的距離,我們就得到了一個無限大的球的體積。你知道球體的體積公式嗎?V=4/3πr3,其中r3就表示這個空間有三個維度。同理,體積公式是存在的,所以體積仍舊是一個有限的范圍,但卻沒有邊界,因為r3同樣是無限大的。

也就是說,從一維開始到三維都是一個關于π的維度空間。π是一個常數,但卻是一個沒有絕對解的常數,反過來看,當維度是一個固定數值的時候,因為π是一個無限不循環(huán)的解,導致我們得到的空間也擁有一個無限的解。這就是為什么空間很矛盾,既可以看成一個無限的空間,可理論上又確實應該有限,但無論是否有限,都沒有邊界。

那么四維空間呢?四維空間又是什么?按照前三個維度空間的規(guī)律來看,第四個維度就相當于在r3的基礎上增加一個維度,變成了r的四次方??蛇@讓我們無法想象了,因為沒有這樣的模型供我們參考。在我們看來一維是一個無限大的閉環(huán)線圈,二維是一個無限大的封閉球面,而三維卻是一個無限不封閉的球體。所以,在理論上身處四維空間中去看三維空間的時候,三維空間一定也是一個封閉的球體。

四維空間到底什么樣子,我們不知道。不過當我們揭開π的秘密時,我們就能知道四維空間到底是什么樣了。因為當我們按照存在和不存在去看宇宙的時候,不存在為0,存在為1,那么當r=1的時候,無論多少維度的空間它們的大小都變成了π的有限倍數。那么你認為,四維空間應該是什么樣的呢?r的四次方多出來的那個維度r又是什么?