手把手教你认识四维空间，原来是这么简单有趣

相信不少科技迷们都遐想过四维空间到底长啥样，却始终不能有一个清晰的认识。虽然我们无法真正看到四维空间是什么样子的，但可以通过各种方法知道他的一些属性。

第一种观点：四维空间就是三维加上一个时间维度。

有很多人是这样认为的。参照伽莫夫的《从一到无穷大》的一个解释，四维物体就是一个存在了一段时间的三维物体。这个从几何学上很好解释：点动成线，线动成面，面动成体，体动成X。这个X我们假定是四维空间的生物给他们的空间定义的概念。

那么，上面这句话可以这样理解：0维物体运动（时间线）成为一维物体，一维物体运动（时间线）成为二维物体，二维物体运动（时间线）成为三维物体，三维物体运动（时间线）成为四维物体。这里运动（时间线）很关键。运动不是指的在当前维度内的运动，而是指的跳出本维度的运动。跳到哪里无所谓，只要在本维度外面，哪里都可以。

这个解释有人认为不对，咱们先保留这个观点，再来看一看另一种解释。看看这两种解释能否等效。

第二种观点：四维空间是三维空间的扭曲。

还是用列举法看看其他几个维度之间的关系。

0维（点）扭曲不太现实，暂不考虑。

二维（面）空间只有上下前后之分。处在这一空间的生物的运动也只有上下前后的运动。

现在假如有一个二维生物，它的头向西，脚朝下。在二维空间中，他只能永远向西走，如果想向东走，只能是四脚朝上。那么现在，它想往东走，应该怎么办？

有两种方法。第一种：将这个二维生物从二维空间拿出来到三维空间转一圈，再放回二维空间。你会发现它成功实现了转向。

第二种：假如这个二维生物生活在莫乌比斯环上，它就很高兴，只要沿着环走一圈，他就会发现竟然成功实现了转向。这一转变是只有在三维空间才可以实现的。

莫乌比斯环自己可以动手做一下，将一张纸条扭曲180度后首位粘贴起来，这样的扭曲面虽然只有一个面，但却实现了三维空间的一些性质。

一维（线）空间的扭曲有点不好操作，但仍然可以想象。处在这个空间的物体只有前后之分，也只能前后移动。那么现在我想将这个物体的前后换一下方向，怎么办？有两种方法。

第一种：将这个物体从一维空间拿出来放到二维空间中，转动180度，再放回一维空间。

第二种：将一维空间（线）首尾相连，并在连接处向外延伸一点点。这个物体沿着线向前运动跨过焦点，再向延伸的位置走一点点，然后向后退，越过焦点走到老路上。这时你就会发现，这个物体竟然首尾换了方向。

通过以上一维和二维的分析，有理由认为四维空间也可以照此想象。可以认为四维空间等效于三维空间的扭曲。那么是怎样的扭曲呢？

一维空间使用了“前”和“后”，二维空间加上了“上”和“下”，三维空间又加上了“左”和“右”。好像我们把所有的表示方位的词都用完了。

慢着，还有两个词没有用。有人想到了，这就是“内”和“外”。

不错，四维空间除了“上下前后左右”这六个方向，还有“内外”！

四维空间有六个维度：上、下、左、右、前、后、内、外！

那么，“内”和“外”到底意味着什么呢？

想象一下有个三维空间中的手套，他是只能戴在右手上。现在他很想将自己变成一个左手的手套，怎么办？

依照之前二维和三维的分析，这个右手手套有两种方法可以将自己变成左手手套。

第一种：自己离开三维空间到四维空间转一圈，再回到三维空间。哈哈，成功变形！

第二种：将三维空间以某种形式扭曲闭合，自己在里面转一圈回到原地。哈哈，变身成功！

这两种方法都可以成功变身。慢着，你说三维空间以某种形式扭曲，到底是哪种形式？

跳出这两种猜想，再好好想一想，还有没有方法能将右手手套变成左手手套？

聪明人这时候会恍然大悟。还真有第三种方法可以实现！不用穿越到四维空间，也不用费尽心机将三维空间扭曲。这就是：

将手套从里向外翻过来。哈哈！

明白了吗？同样是完成一样的任务，三种方法都可以实现。现在我们有理由认为：第二种和第三种方法是等效的。也就可以认为：三维空间的扭曲就是将三维空间由内到外翻转过来。

三维空间的扭曲等效于四维空间！

现在我们知道了“四维空间 = 三维空间的扭曲”是成立的。那么，“四维空间=三维空间+时间”这个等式是否成立？

你认为呢？

三维空间扭曲图：