数学家说四维有16个顶点? 不,这可能是你理解宇宙的关键第一步

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走路算距离,放东西看体积,连拍照都要考虑景深,我们每天都在长宽高里打转。还有一个和长宽高都垂直的维度真实存在,告诉你的话,你会觉得既陌生又好奇。这就是四维空间,一个数学上能证明、现实中却摸不着

  走路算距离,放东西看体积,连拍照都要考虑景深,我们每天都在长宽高里打转。还有一个和长宽高都垂直的维度真实存在,告诉你的话,你会觉得既陌生又好奇。这就是四维空间,一个数学上能证明、现实中却摸不着的神秘领域。

  数学家早已通过严谨推导,得出四维空间核心结构的明确答案。三维立方体有8个顶点、12条边、6个面,四维空间里的超立方体,顶点翻了一倍变成16个,边是32条,面有24个,还包含8个完整的三维立方体作为边界。严密的几何推演造就了这些数字,每一个数据都能在数学公式中找到支撑。它是像1+1=2一样自洽且稳固的数学实体,而不是科学家编造的概念。

  数学上的存在,和我们能触摸看见的物理真实,是两回事。我们的宇宙可能包含10个甚至11个维度,这是科学家通过超弦理论得出的推测。剩下的维度都蜷缩成极小形态,仅有10的负35次方米,并不是长宽高所在的维度,比原子还要小无数倍,现有所有精密观测设备,都难以捕捉到它们的踪迹。凑到跟前才发现头发有粗细和纹理,从远处观察,它只会是一条线,那些额外维度的复杂结构,同样需要我们拥有极致放大的观测能力才能窥见。

  我们对四维空间毫无感觉,根源在大脑的硬件配置。祖先需要判断猎物的距离、果实的高度,在几百万年的进化中,慢慢进化出处理长宽高的神经回路。处理三维信息又快又准,这些回路具备专门处理器的特性,但从来没人需要处理四维信息,大脑里压根没有对应的部件。普通手表天生没有测心率的功能,它能看时间,却测不了心率,其实不是不够好。这种限制无法通过学习弥补,没装显卡的电脑跑不了高清游戏,再怎么调试也难以改变。

  家里的猫有时候盯着空无一物的角落发呆,是不是正感知到我们看不到的空间碎片?或许在猫的眼里,三维空间的边界不像我们看到的那么固定,它们的视觉和我们不同,能捕捉更快的运动。这只是随意联想,没有科学依据,有没有让四维空间多了点生活气息,不再是冷冰冰的数学符号。

  高维空间对低维空间的优势,在日常场景里也有。想让地面上爬行的蚂蚁从一块石头左边到右边,不用让它绕路,我们直接用手把它拿过去就行。这就是瞬移,蚂蚁眼里,自己明明还在石头旁边,下一秒就到了另一边。这和四维空间的情况相似,四维生物要拿我们三维世界盒子里的东西,不用打开盒子,直接通过第四个维度取出来,对我们来说,就是东西凭空消失又出现。这是维度带来的天然优势,如同我们对待蚂蚁的方式,没有任何神秘色彩。

  人类一直执着于探索四维空间,何尝不是在和自己的认知较劲。长宽高界定了所有物体的形态,我们习惯了眼前世界的有规有矩,可四维空间却打破了这种规矩。这种打破让很多人不安。不过探索过程中,我们搞懂了更多宇宙的底层逻辑,哪怕到最后,我们还是无法看见四维,这种收获,比单纯看见更有价值。

  科学家还发现,我们熟悉的三维空间,可能只是更大宇宙里的一张膜。地球外面还有浩瀚宇宙,我们生活在地球表面,却以为地球就是全部。三维空间这张膜之外,还有其他维度的世界,我们只是被牢牢粘在这张膜上,无法感知外面的存在。

  有时候做梦,场景会毫无逻辑地切换,没有过渡,没有路径,前一秒在老家的院子,下一秒就到了陌生的街道。会不会梦就是一种未被三维规则束缚的意识状态?虽然不能将其与四维关联,但这种不受空间限制的体验,和四维空间的某些特性有着相似之处。这只是开个脑洞,不用当真,我觉得,意识和空间的关系,可能比我们想的更复杂。

  很多人觉得四维空间离生活太远,学这些没用。但实际并非如此,高维数学的逻辑,被应用在现在常用的3D电影、虚拟现实设备,还有计算机里的三维建模技术背后。数学家研究四维空间时总结的几何规律,被工程师应用到技术开发中,让我们能在屏幕上看到立体画面,能在虚拟世界里身临其境。这就是知识的奇妙之处,一开始看起来虚无缥缈,慢慢就会变成改变生活的实际力量。

  天上的云,抬头望去有时候形状毫无规律,可它们的运动轨迹,在更高的维度里或许有着完美秩序。我们感知不到那个维度,却能通过数学和科学,一点点靠近它的真相。

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