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四維空間說
愛因斯坦提出的科學(xué)理論
四維空間是一個(gè)時(shí)空的概念。簡(jiǎn)單來說，任何具有四維的空間都可以被稱為“四維空間”。不過，日常生活所提及的“四維空間”，大多數(shù)都是指愛因斯坦在他的《廣義相對(duì)論》和《狹義相對(duì)論》中提及的“四維時(shí)空”概念。根據(jù)愛因斯坦的概念，我們的宇宙是由時(shí)間和空間構(gòu)成。時(shí)空的關(guān)系，是在空間的架構(gòu)上比普通三維空間的長(zhǎng)、寬、高三條軸外又多了一條時(shí)間軸，而這條時(shí)間的軸是一條虛數(shù)值的軸。
基本信息
| 中文名 | 四維空間說 |
| 拼音 | sì wéi kōng jiān shuō |
| 定義 | 具有四維的空間；時(shí)空的概念 |
| 類型 | 科學(xué)理論 |
| 提出者 | 愛因斯坦 |
| 適用領(lǐng)域 |
收起
四維空間
我們?cè)谖锢韺W(xué)中描述某一變化著的事件時(shí) 所必須的變化的參數(shù)。這個(gè)參數(shù)就叫做維。幾個(gè)參數(shù)就是幾個(gè)維。比如描述“門”的位置就只需要角度所以是一維的 而不是二維
簡(jiǎn)單地說：0維是點(diǎn)，沒有長(zhǎng)、寬、高。一維是由無數(shù)的點(diǎn)組成的一條線，只有長(zhǎng)度，沒有寬、高。二維是由無數(shù)的線組成的面，有長(zhǎng)、寬沒有高。三維是由無數(shù)的面組成的體，有長(zhǎng)寬高。維可以理解成方向。
因?yàn)槿说难劬χ荒芸吹蕉S，所以三維以上很難解釋。正如一個(gè)智力正常，先天只有一只眼睛，一只耳朵的人(這樣就沒有雙眼效應(yīng)，雙耳效應(yīng)),他就很難理解距離了，他很可能認(rèn)為這個(gè)世界是2維的.
因?yàn)椋祟愔荒芾斫獾?維，所以后面的維度可以通過數(shù)學(xué)理論構(gòu)建，但要仔細(xì)理解就很難。在量子力學(xué)，目前仍在建立的弦理論，認(rèn)為世界是11維的.
軸對(duì)稱性
對(duì)于愛因斯坦的四維空間，人們普遍認(rèn)為空間有軸對(duì)稱性，或是中心對(duì)稱。譬如，倘若一個(gè)三維空間的人進(jìn)入四維空間，那么他也許會(huì)被‘軸對(duì)稱’一下。當(dāng)然，由于沒有人進(jìn)入四維空間，所以這只是一個(gè)假設(shè)。但是關(guān)于時(shí)間軸的觀點(diǎn)以及時(shí)空錯(cuò)亂瞬間的現(xiàn)象與這是相符的。
概念
根據(jù)愛因斯坦相對(duì)論所說：我們生活中所面對(duì)的三維空間加上時(shí)間構(gòu)成所謂四維空間。由于我們?cè)诘厍蛏纤杏X到的時(shí)間運(yùn)行很慢，所以不會(huì)明顯的感覺到四維空間的存在，但一旦登上宇宙飛船或到達(dá)宇宙之中，使本身所在參照系的速度開始變快或開始接近光速時(shí)，我們能對(duì)比的找到時(shí)間的變化。如果你在時(shí)速接近光速的飛船里航行，你的生命會(huì)比在地球上的人要長(zhǎng)很多。并且，鐘在飛行的火箭中變慢也用事實(shí)證實(shí)了這一點(diǎn)。這里有一種勢(shì)場(chǎng)所在，物質(zhì)的能量會(huì)隨著速度的改變而改變。所以時(shí)間的變化及對(duì)比是以物質(zhì)的速度為參照系的。這就是時(shí)間為什么是四維空間的要素之一的原因。
解析
什么是四維？現(xiàn)在的說法是三維空間加上時(shí)間這一維，構(gòu)成所謂的四維空間。然而，這種說法是一擊即破的。為什么？
我們可以從二維來考慮。一個(gè)二維生物（如果有的話），他們考慮所謂的三維空間絕對(duì)和我們所認(rèn)識(shí)的三維空間不同——它們會(huì)把時(shí)間作為第三維，因?yàn)樗麄儫o法感受這一維的存在。同樣，我們現(xiàn)在也走進(jìn)了這個(gè)誤區(qū)，把時(shí)間算做第四維。可能四維生物看到我們?cè)谛麚P(yáng)這種思想時(shí)，也在為我們嘆息。那么時(shí)間算不算一維？在我看來，時(shí)間應(yīng)該算是一維，即在多維生物本身的維度之外再加N維，構(gòu)成新的M+N維空間，而且這樣也有助于幫我們解決一些問題，也可以使我們對(duì)比三維維度更高的空間加深認(rèn)識(shí)。
有一個(gè)更新的構(gòu)想，即所有的維度都是由時(shí)間構(gòu)成，沒有時(shí)間，就沒有空間，包括最基本的一維空間。這應(yīng)該好理解，因?yàn)闆]有時(shí)間，空間本身的存在就沒有任何意義，因?yàn)闀r(shí)空本身就是不能分割的整體。那么，為什么一種時(shí)間可以形成不同的維度空間？這里，我們可以把時(shí)間看成是一種可以分解的常量。時(shí)間可以分解，這一句話理解起來可能有點(diǎn)困難。但是，只要想通了道理也是很簡(jiǎn)單的。要明白這個(gè)道理，首先必須了解兩點(diǎn)。第一是時(shí)空的不可分性，這一點(diǎn)估計(jì)大家都明白，離開了空間談時(shí)間，或者離開了時(shí)間談空間，都是毫無意義的。第二點(diǎn)是時(shí)間的多樣性，這一點(diǎn)了解起來可能有一點(diǎn)麻煩。在日常生活中，我們接觸到的都是時(shí)間的合成體，也就是各個(gè)分時(shí)間有機(jī)結(jié)合形成的一個(gè)總的時(shí)間體系。可能你們會(huì)覺得我是在狡辯，其實(shí)不是。只要你們換一個(gè)角度去想，一個(gè)結(jié)果，可能是幾個(gè)不同的原因形成的。就拿運(yùn)動(dòng)來說，我們觀察到的一般都是幾個(gè)不同運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的一種運(yùn)動(dòng)的結(jié)合體，即合運(yùn)動(dòng)。關(guān)于時(shí)間，我們也可以這樣去想。我們看到的時(shí)間結(jié)合體，可以是由物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，歷史時(shí)間（即經(jīng)歷時(shí)間）和其他的一些時(shí)間構(gòu)成。而運(yùn)動(dòng)時(shí)間，我們又可以看成由上下運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，左右運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和前后運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。當(dāng)然，劃分方法是多樣的，這就構(gòu)成了時(shí)間的多樣性，至于如何去劃分，這就要由不同的情況而定。一部分時(shí)間對(duì)應(yīng)一段空間。在這個(gè)不完整的空間里，時(shí)間起到了決定性的作用。
我們之所以是三維生物，是因?yàn)檫@個(gè)維度的空間里只存在三維的時(shí)間。時(shí)間的不完整決定了空間的不完整。我們不能認(rèn)識(shí)其他維度的空間，是因?yàn)槲覀儾痪邆湓谀莻€(gè)空間里面運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。時(shí)間的多樣性決定的空間的多樣性。同時(shí)，因?yàn)闀r(shí)間的不同分解方式，注定了我們的三維空間也是相對(duì)的，它可以被命名為一維，二維，甚至是任意維——完全取決于不同的分解方式。時(shí)間是決定維度的關(guān)鍵，同時(shí)，它也是決定低維物體高維存在方式的關(guān)鍵。讓我們看看科學(xué)上的說法：低維是空間上的缺陷，它們不具備在高維世界內(nèi)運(yùn)動(dòng)的空間。關(guān)于這一點(diǎn)，有一個(gè)疑問，那就是我們?cè)趺纯梢园l(fā)現(xiàn)這個(gè)缺陷。我們認(rèn)為的低維不存在某一個(gè)空間長(zhǎng)度，是因?yàn)槲覀儫o法確定它有那一個(gè)長(zhǎng)度，也就是我們現(xiàn)在用最好的設(shè)備也無法觀察到那一個(gè)長(zhǎng)度差。那么，將來呢？我們現(xiàn)在無法認(rèn)證，可能將來會(huì)有人證明那個(gè)低維物體確實(shí)屬于高維。因此，低維與高維并不存在所謂的空間差。那么，我們?nèi)绾螀^(qū)別高維與低維？很簡(jiǎn)單，用時(shí)間。用時(shí)間去解釋任何一個(gè)維度空間，我們也可以認(rèn)為，低維之所以比高維低級(jí)，是因?yàn)樗鼈兇嬖跁r(shí)間上的缺陷，它們無法在時(shí)間范疇內(nèi)感受高維的存在。所以，我們要去了解低維或者高維，先要知道它們存在的時(shí)間范圍。高維與低維之間可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，道理是很簡(jiǎn)單的，只要加入或者去掉一個(gè)時(shí)間單位就可以了。然而說起來很容易，做起來卻很復(fù)雜，我們對(duì)時(shí)間的概念都是如此模糊，要想在空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的轉(zhuǎn)化就更困難。
對(duì)四維空間，一般人可能只是認(rèn)為在長(zhǎng)、寬、高的軸上，再加上一根時(shí)間軸，但對(duì)于其具體情況，大部分的人仍知之甚少。有一位專家曾打過一個(gè)比方：讓我們先假設(shè)一些生活在二維空間的扁片人，他們只有平面概念。假如要將一個(gè)二維扁片人關(guān)起來，只需要用線在他四周畫一個(gè)圈即可，這樣一來，在二維空間的范圍內(nèi)，他無論如何也走不出這個(gè)圈。現(xiàn)在我們這些生活在三維空間的人對(duì)其進(jìn)行“干涉”。我們只需從第三個(gè)方向（即從表示高度的那跟軸的方向），將二維人從圈中取出，再放回二維空間的其他地方即可。對(duì)我們這些三維人而言，四維空間的情況就與上述解釋十分類似。如果我們能克服四維空間，那么，在瞬間跨越三維空間的距離也不是不可能。
零維到四維
摘要
幾何不一定是真實(shí)現(xiàn)象的描述，幾何空間和自然空間并不能完全等同看待，純概念的研究幾何的發(fā)展是數(shù)學(xué)界的一個(gè)里程碑。從零維空間到三維空間，尤其是從三維空間到四維空間的發(fā)展更是幾何學(xué)的的一次革命。
關(guān)鍵詞
零維；一維；二維；三維；四維；n維；幾何元素；點(diǎn)；直線；平面。
n維空間概念，在18世紀(jì)隨著分析力學(xué)的發(fā)展而有所前進(jìn)。在達(dá)朗貝爾。歐拉和拉格朗日的著作中無關(guān)緊要的出現(xiàn)第四維的概念，達(dá)朗貝爾在《百科全書》關(guān)于維數(shù)的條目中提議把時(shí)間想象為第四維。在19世紀(jì)高于三維的幾何學(xué)還是被拒絕的。麥比烏斯（karl august mobius 1790-1868）在其《重心的計(jì)算》中指出，在三維空間中兩個(gè)互為鏡像的圖形是不能重疊的，而在四維空間中卻能疊合起來。但后來他又說：這樣的四維空間難于想象，所以疊合是不可能的。這種情況的出現(xiàn)是由于人們把幾何空間與自然空間完全等同看待的結(jié)果。以至直到1860年，庫(kù)摩爾（ernst eduard kummer 1810-1893）還嘲弄四維幾何學(xué)。但是，隨著數(shù)學(xué)家逐漸引進(jìn)一些沒有或很少有直接物理意義的概念，例如虛數(shù)，數(shù)學(xué)家們才學(xué)會(huì)了擺脫“數(shù)學(xué)是真實(shí)現(xiàn)象的描述”的觀念，逐漸走上純觀念的研究方式。虛數(shù)曾經(jīng)是很令人費(fèi)解的，因?yàn)樗谧匀唤缰袥]有實(shí)在性。把虛數(shù)作為直線上的一個(gè)定向距離，把復(fù)數(shù)當(dāng)作平面上的一個(gè)點(diǎn)或向量，這種解釋為后來的四元素，非歐幾里得幾何學(xué)，幾何學(xué)中的復(fù)元素，n維幾何學(xué)以及各種稀奇古怪的函數(shù)，超限數(shù)等的引進(jìn)開了先河，擺脫直接為物理學(xué)服務(wù)這一觀念迎來了n維幾何學(xué)。
1844年格拉斯曼在四元數(shù)的啟發(fā)下，作了更大的推廣，發(fā)表《線性擴(kuò)張》，1862年又將其修訂為《擴(kuò)張論》。他第一次涉及一般的n維幾何的概念，他在1848年的一篇文章中說：
我的擴(kuò)張的演算建立了空間理論的抽象基礎(chǔ)，即它脫離了一切空間的直觀，成為一個(gè)純粹的數(shù)學(xué)的科學(xué)，只是在對(duì)（物理）空間作特殊應(yīng)用時(shí)才構(gòu)成幾何學(xué)。
然而擴(kuò)張演算中的定理并不單單是把幾何結(jié)果翻譯成抽象的語言，它們有非常一般的重要性，因?yàn)槠胀◣缀问埽ㄎ锢恚┛臻g的限制。格拉斯曼強(qiáng)調(diào)，幾何學(xué)可以物理應(yīng)用發(fā)展純智力的研究。幾何學(xué)從此開始割斷了與物理學(xué)的聯(lián)系而獨(dú)自向前發(fā)展。經(jīng)過眾多的學(xué)者的研究，遂于1850年以后，n維幾何學(xué)逐漸被數(shù)學(xué)界接受。
以上是n維幾何發(fā)展的曲折歷程，以下是n維幾何發(fā)展的一些具體過程。
首先，我們將點(diǎn)看作零維空間，直線看作一維空間，平面看作二維空間，并觀察以下公設(shè)：
屬于一條直線的兩個(gè)點(diǎn)確定這條直線。
1.1 屬于一條直線的兩個(gè)平面確定這一條直線。（比較這個(gè)公設(shè)和公設(shè)1.1）。
1.2 屬于同一個(gè)點(diǎn)的兩條直線也屬于同一個(gè)平面。（公設(shè)1.2的推論）
1.3 屬于同一個(gè)平面的兩條直線，也屬于同一個(gè)點(diǎn)。
1.4 可以推斷出：
1. 具有相同維數(shù)的兩個(gè)空間，在某些條件下，確定另一個(gè)高一維的空間。例如：兩個(gè)點(diǎn)（我們將它們看作兩個(gè)零維空間）確定一條直線（一維空間）。屬于同一個(gè)點(diǎn)（規(guī)定的條件）的兩條直線（兩個(gè)一維空間）也屬于同一個(gè)平面（二維空間）。
2. 具有相同維數(shù)的兩個(gè)空間，在某些條件下，也可以確定一個(gè)低一維的空間。例如：兩個(gè)平面（兩個(gè)二維空間）確定一條屬于它們的直線（一維空間）。屬于同一平面（限定的條件）的兩條直線（兩個(gè)一維空間）確定一個(gè)點(diǎn)（零維空間）。
3. 結(jié)論2沒有包括這一事實(shí)，即兩個(gè)平面可以確定一個(gè)高一維的空間。它只假定它們確定一條直線，這是比平面低一維的空間。這就留下了一個(gè)把我們的思想引申到高維空間的缺口。這個(gè)缺口的消除可在推論1.3“屬于同一個(gè)點(diǎn)的兩條直線也屬于同一個(gè)平面”中，用幾何元素直線、平面和三維空間依次的代替幾何元素點(diǎn)、直線和平面來達(dá)到。
下面的推論是替換的結(jié)果。屬于同一條直線的兩個(gè)平面也屬于同一個(gè)三維空間。
有了這個(gè)新的推論，我們就把與其他幾何元素直接對(duì)應(yīng)的幾何元素——三維空間也包括了。
下一步是把對(duì)偶原理應(yīng)用于這一推理，并從這些新引申的推論中得到一些固有的結(jié)論。在對(duì)偶原理將通過幾何元素——平面和空間的位置交換而被應(yīng)用。這時(shí)我們得到下述推論：
屬于同一條直線的兩個(gè)三維空間也屬于同一個(gè)平面。
1.5 從推論1.5我們可以得到下述公設(shè)：
屬于一個(gè)平面的兩個(gè)共存的三維空間確定這一個(gè)平面。
1.6 在上述1.5和1.6的基礎(chǔ)上，可以提出下面的看法：
1. 四維空間的幾何條件是很明顯的，因?yàn)榫S數(shù)相同的兩個(gè)已知空間，只能共存于比它們高一維的空間里。例如：兩條不同的共存直線（一維）位于一個(gè)平面內(nèi)（二維）；兩個(gè)不同的共存平面(二維)（沿一直線共存）位于一個(gè)三維空間里；兩個(gè)不同的共存三維空間（沿一個(gè)平面共存）位于一個(gè)四維空間里。
2. 在幾何上被看作是不屬于同一直線而相交于一點(diǎn)的兩個(gè)平面，屬于不同的各別的三維空間。
四維空間的概念也可以通過解析幾何的手段來研究。在那里我們可以利用代數(shù)方程來表示幾何概念。為了利用這個(gè)手段進(jìn)行觀察以導(dǎo)致對(duì)四維空間的理解，我們來研究三維空間體系中的三個(gè)幾何元素——點(diǎn)、直線和平面的方程。利用笛卡爾系統(tǒng)表示，我們可以寫出：
點(diǎn)的方程：ax + b = 0 （坐標(biāo)系：直線上的一個(gè)點(diǎn)）。
直線的方程：ax + by + c = 0 （坐標(biāo)系：平面上的兩條正交直線）。
平面的方程：ax + by + cz + d = 0 (坐標(biāo)系：三維空間的三個(gè)互相垂直的平面)。
從上面的研究我們可以看出：
所表示的每一個(gè)幾何元素（或空間）的方程中的變量數(shù)目，等于這個(gè)空間的維數(shù)加1。
坐標(biāo)系中的幾何元素與被表示的幾何空間的幾何元素的維數(shù)相同。
在這個(gè)坐標(biāo)系中，幾何元素的數(shù)目等于被表示的空間的維數(shù)加1。在坐標(biāo)系中，幾何元素的這個(gè)數(shù)目是最低要求。
用來表示幾何元素的坐標(biāo)系，位于比它所含有的幾何元素高一維的空間里。
根據(jù)上述觀察，我們可以寫出三維空間的下述方程。應(yīng)當(dāng)注意：這個(gè)方程有四個(gè)變量（x、y、z、u）。
ax + by + cz + du + e = 0
現(xiàn)在我們可以斷定：
1. 這個(gè)坐標(biāo)系的幾何元素有三維，即它們是三維空間。
2. 在這個(gè)坐標(biāo)系中有四個(gè)三維空間。
3. 這個(gè)坐標(biāo)系位于一個(gè)四維空間里。
我們對(duì)于四維空間乃至更高空間的研究，不是通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)的方式，在現(xiàn)實(shí)中我們很難發(fā)現(xiàn)并推導(dǎo)出它們的一般規(guī)律，對(duì)于這些問題，我們可以采取一種新的研究方式。即：純概念的研究。通過這種方式，我們可以容易的推導(dǎo)出這些很重要但在現(xiàn)實(shí)中不易想象的新內(nèi)容。
時(shí)空四維
正宗的維數(shù)研究方法通常離不開人存在原理。譬如講，如果空間是兩維的，則兩維動(dòng)物則不能正常消化。如果空間是四維以上，則世界就會(huì)精彩得多。如果我們是四維空間的動(dòng)物，則彭加萊關(guān)于三維球的猜想則不應(yīng)該是世紀(jì)難題。可惜多于三維的空間使萬有引力和靜電力隨距離的變化比三維中更劇烈，使得小至原子核的電子，大至太陽系中的行星給到不再穩(wěn)定，很快就以旋渦的方式向遠(yuǎn)處飛離或者撞到中心上。
許多人不能接受人存在原理，認(rèn)為他和科學(xué)傳統(tǒng)相違背。科學(xué)的方法是從第一原理出發(fā)，把萬物甚至觀察者全推出來。人存在原理卻是從觀察者存在的條件把宇宙推出來，他們正好處與相反的兩極。
霍金認(rèn)為宇宙的邊界條件是他沒有邊界。用卡魯查-克萊因模型論述，時(shí)空本是高維的，而我們之所以感到它是四維的，那是因?yàn)轭~外維都被卷去到我們無法觀察到的小尺寸去，比如普朗克尺度。正如一根頭發(fā)的表面雖然是二維的，但是粗看之下，只剩下頭發(fā)長(zhǎng)度那一維一樣。人們稱感覺到的空間為外空間，覺察不到的為內(nèi)空間。時(shí)間是外空間中的一維。
在用量子宇宙學(xué)研究時(shí)空維數(shù)的濟(jì)起源時(shí)，必須避免人為的調(diào)節(jié)卡魯查-克萊因的總維數(shù)，以得到需要的外空間維數(shù)。因?yàn)槿藶榈恼{(diào)節(jié)會(huì)陷入邏輯循環(huán)，這種做法是你想得到多少維的空間都能如愿。因此，可用的卡魯查-克萊因模型其總維數(shù)必須是由第一原理推出的。十一維的超引力模型便由第一原理推出的。自然界也許存在一種所謂的超對(duì)稱。
1980年弗隆德和魯賓發(fā)現(xiàn)了一個(gè)十一維超引力的非常美麗的宇宙模型，其內(nèi)空間是七維球，外空間是四維球。但在經(jīng)典的框架中，人們無法證明不存在具有其他維數(shù)的外時(shí)空的解。
在量子宇宙學(xué)中，瞬子是宇宙創(chuàng)世的籽。瞬子是愛因斯坦方程和其他場(chǎng)方程的解，其中時(shí)間和空間坐標(biāo)不能區(qū)分。十一維超引力的創(chuàng)生宇宙的瞬子必須是四維球和七維球空間兩個(gè)因子空間的乘積。時(shí)間若包圍在四維中，四維時(shí)空隨后便展開演化成我們生活中的并感覺到四維的宏觀宇宙，否則外時(shí)空便是七維的。
在帶電荷的黑洞創(chuàng)生場(chǎng)景中，宇宙波函數(shù)要使用正確的表象，才能算出創(chuàng)生的概率。因?yàn)橐?guī)則瞬子是非常稀罕的，所以研究一般黑洞的創(chuàng)生，必須引進(jìn)約束引力的概念。找到正確表象不僅對(duì)于帶電荷而且對(duì)于旋轉(zhuǎn)黑洞的波函數(shù)至關(guān)重要。
從同一瞬子出發(fā)，在選擇正確的表象后，時(shí)間在四維球中的創(chuàng)生概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于時(shí)間在七維流形中的概率。因此，在量子宇宙學(xué)中證明了外時(shí)空必須是四維的。
物理世界
在數(shù)學(xué)上有各種多維空間，但目前為止，我們認(rèn)識(shí)的物理世界只是四維，即三維空間加一維時(shí)間。現(xiàn)代微觀物理學(xué)提到的高維空間是另一層意思，只有數(shù)學(xué)意義。
四維時(shí)空是構(gòu)成真實(shí)世界的最低維度，我們的世界恰好是四維，至于高維真實(shí)空間，至少現(xiàn)在我們還無法感知。我在一個(gè)帖子上說過一個(gè)例子，一把尺子在三維空間里（不含時(shí)間）轉(zhuǎn)動(dòng)，其長(zhǎng)度不變，但旋轉(zhuǎn)它時(shí)，它的各坐標(biāo)值均發(fā)生了變化，且坐標(biāo)之間是有聯(lián)系的。四維時(shí)空的意義就是時(shí)間是第四維坐標(biāo)，它與空間坐標(biāo)是有聯(lián)系的，也就是說時(shí)空是統(tǒng)一的，不可分割的整體，它們是一種“此消彼長(zhǎng)”的關(guān)系。
四維時(shí)空不僅限于此，由質(zhì)能關(guān)系知，質(zhì)量和能量實(shí)際是一回事，質(zhì)量（或能量）并不是獨(dú)立的，而是與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)的，比如速度越大，質(zhì)量越大。在四維時(shí)空里，質(zhì)量（或能量）實(shí)際是四維動(dòng)量的第四維分量，動(dòng)量是描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的量，因此質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)就是理所當(dāng)然的了。在四維時(shí)空里，動(dòng)量和能量實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，稱為能量動(dòng)量四矢。另外在四維時(shí)空里還定義了四維速度，四維加速度，四維力，電磁場(chǎng)方程組的四維形式等。值得一提的是，電磁場(chǎng)方程組的四維形式更加完美，完全統(tǒng)一了電和磁，電場(chǎng)和磁場(chǎng)用一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)張量來描述。四維時(shí)空的物理定律比三維定律要完美的多，這說明我們的世界的確是四維的。可以說至少它比牛頓力學(xué)要完美的多。至少由它的完美性，我們不能對(duì)它妄加懷疑。
在狹義相對(duì)論中，時(shí)間與空間構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體——四維時(shí)空，能量與動(dòng)量也構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體——四維動(dòng)量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。在今后論及廣義相對(duì)論時(shí)我們還會(huì)看到，時(shí)空與能量動(dòng)量四矢之間也存在著深刻的聯(lián)系。
相關(guān)事件
事件一：
1960年，在神秘的百慕大海域也發(fā)生一件怪事。在眾多旁觀者面前，美國(guó)的戰(zhàn)斗機(jī)被云吞噬，就此消失。
目擊者之一H·維克多回憶說：“當(dāng)時(shí)我在金德雷空軍基地的人工衛(wèi)星站工作。那天氣候良好，空中除了一朵云之外，一片晴朗。
“五架戰(zhàn)斗機(jī)從事訓(xùn)練飛行。包括我在內(nèi)，很多基地人員都在觀賞天空的情況，五架戰(zhàn)斗機(jī)在離海岸800米的上空沖進(jìn)一朵飄浮的白云中，拼命伸長(zhǎng)脖子望著天空，但是它始終未再出現(xiàn)。
“基地頓時(shí)騷動(dòng)起來。控制塔的指揮自始至終都是目擊者，他也一樣沒有看到任何物體從云中掉到海上，雷達(dá)屏幕上也顯示出本來的五架戰(zhàn)斗機(jī)的影子，突然間地消失了一架，立即引起官方注意，而派出搜索隊(duì)。
“搜索的范圍是基地的海岸到800公尺外的淺灘。 “找了又找，連一個(gè)戰(zhàn)斗機(jī)破片也沒有發(fā)現(xiàn)。那朵白云吞噬了一架戰(zhàn)斗機(jī)，在不知不覺中消失了……”
事件二
1968年6月1日又出現(xiàn)了一件古怪的事，那天，在南美洲阿根廷首都布宜諾斯艾利斯郊外，兩輛汽車正在高速公路上行駛。一輛坐著律師畢特耳夫婦，另一輛載著他們的朋友——哥登夫婦，他們的目的地是150公里外的麥布市。哥登夫婦一路領(lǐng)先，不久，汽車在暮色中到達(dá)麥布市郊，回頭往后一看，畢特耳夫婦的車子不見了，他們還以為律師車子發(fā)生了故障，進(jìn)城后，他倆分頭打電話給沿途的村鎮(zhèn)，又派人沿高速公路搜索。
兩天過后，一無所獲，哥登夫婦只好報(bào)警。就在同一天，哥登接到墨西哥打來的長(zhǎng)途電話，說話人竟是畢特耳律師本人。原來他們遇到了一件不可思議的奇事：
當(dāng)畢特耳夫婦的車子經(jīng)過雪斯哥姆市后，車子前方突然白霧籠罩，不久，車身全被白霧包圍。畢特耳看表，時(shí)間是午夜12點(diǎn)10分，就在這時(shí)，夫婦倆忽然昏迷過去。也不知經(jīng)過多少時(shí)候，他們蘇醒過來，天色已經(jīng)放亮，車子仍然在高速公路上行駛。奇怪的是，路上的風(fēng)光景色，以及行人的穿戴服飾，都和阿根廷不同，停車一問，真叫人大吃一驚：原來他們已在墨西哥城了！阿根廷距離墨西哥最少也有6000公里，他們?cè)趺磿?huì)把車子從阿根廷開到墨西哥的呢？律師先生自己也說不出個(gè)頭緒來。
畢特耳夫婦趕快打電話給阿根廷駐墨西哥的領(lǐng)事館，要求幫忙，這時(shí)，他們兩人的表針都停在12點(diǎn)10分，而實(shí)際上，這天已是6月3日了。像這種怪事，世界上已發(fā)現(xiàn)過多次，所以，引起了許多科學(xué)家的注意。
事件三
1934年，在美國(guó)菲拉狄爾菲亞港，有一艘滿載官兵的驅(qū)逐艦，正啟程遠(yuǎn)海駛?cè)ァＭ蝗唬魂嚥u來，還沒等司舵把穩(wěn)方向，轉(zhuǎn)瞬間，這艘船卻神奇地在弗臺(tái)尼亞洲東南部的諾福克海港出現(xiàn)了。
艦長(zhǎng)、大副、領(lǐng)航、司舵和水手們個(gè)個(gè)睜大了眼睛，面面相覷，誰也不知道發(fā)生了什么事情，艦長(zhǎng)緊蹙雙眉的納悶著菲拉狄爾菲亞港和諾福克港之間距離500多公里，在短促的時(shí)間里，怎么可能由一個(gè)港口航行到另一個(gè)港口：況且大副、領(lǐng)航、司舵又沒失職，層層控制著這艘船，又怎么會(huì)發(fā)生這種不可思議的事情？真是莫名其妙！……
事件四
1956年5月10日，美國(guó)西部俄克拉荷馬州一個(gè)叫做奧塔斯的城市里，八歲的小孩吉米正和小伙伴特姆、肯一起玩“捉強(qiáng)盜“的游戲。由吉米爬上附近一家人家的圍墻，抓住從圍墻下通過的肯。正玩在興頭上，吉米忽然大喊一聲：“肯，等一下！”就從圍墻上跳了下來，就在這一霎那間，吉米不見了人影，特姆和肯大吃一驚，急忙喊道：“喂！吉米！”“吉米！你藏到哪兒去啦？快出來！”
兩個(gè)孩子聲嘶力竭地呼喚著自己的伙伴，但是聽不到任何回音，吉米仍然杳無蹤影。人們聽說吉米在兩個(gè)同伴眼前突然失蹤，頓時(shí)轟動(dòng)起來。吉米的媽媽急忙和警察局報(bào)告，警方以為發(fā)生了誘拐兒童的案件，立即出動(dòng)進(jìn)行搜查，但是毫無結(jié)果。
一個(gè)月過去了，有一天，吉米的母親也出乎意料地失蹤了。當(dāng)時(shí)由于沒有人在現(xiàn)場(chǎng)，不知道她失蹤時(shí)的情形。但是，連續(xù)發(fā)生兩起突然失蹤的事件使警方緊張起來，再次進(jìn)行全面?zhèn)刹椋匀灰粺o所獲。吉米母子倆為什么會(huì)去向不明，一直無人知曉。
【科學(xué)家的解釋】
科學(xué)家認(rèn)為：地球和某種神秘世界之間，存在著一種不可捉摸的通道。通道的兩邊是兩個(gè)不同層次的世界。研究這種現(xiàn)象的人，把藏在通道另一側(cè)的神秘世界，稱作“四度空間”（四維空間）。
宇宙是無窮無盡的，在浩瀚無涯的宇宙中，還蘊(yùn)藏著無數(shù)的秘密。科學(xué)家們對(duì)“四度空間”深入探索將會(huì)揭開這“神秘世界”之謎。所謂“四度空間”的奧秘，必定在不久的將來被人類所認(rèn)識(shí)。
多維空間
如果問一個(gè)知道初速和質(zhì)量的炮彈在空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡，這沒法回答，因?yàn)槌?維空間，還有三個(gè)因素，在運(yùn)動(dòng)中起主要作用：時(shí)間、引力和阻力。這個(gè)空間是在地球上還是月球上，運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短，將有不同結(jié)論。使得結(jié)論比較準(zhǔn)確的方法是用6維來描述空間。
同理，溫度、壓力、密度等等，很多因素都可成為影響科學(xué)結(jié)論的一維來影響空間。則綜合作用下的空間，就是多維空間。而不僅僅限于時(shí)間加空間的4維。
現(xiàn)代物理學(xué)界公認(rèn)的理論是八維空間，分為X維（物體的長(zhǎng)）、Y維（物體的寬）、Z維（物體的高）、時(shí)間維、重力維、電磁力維、萬有引力維、萬有斥力維。這一理論由德國(guó)物理學(xué)家巴克哈德 海姆于1957年創(chuàng)立。這與我們今天認(rèn)識(shí)的多維空間比較接近了，也是實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)的，而不是弦理論提出的一些不可證實(shí)的空間，但其局限性是顯而易見的，科學(xué)又進(jìn)步了。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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