“四维空间”和“四维时空”到底有怎样的区别呢？

1. “四维空间”和“四维时空”到底有怎样的区别呢？

我都是围绕广义相对论中的“时空弯曲”概念来展示相对论核心，其中谈到了时空弯曲是能以光速c传递到远方的，这就是引力波的传递。但是不少网友仍然没明白“四维时空”和“四维空间”的区别，所以本期我就针对这个问题来重点讨论。

首先“四维时空”是广义相对论里面的概念，是爱因斯坦“创造”出来的一种抽象的事物，这个事物由3维空间+1维时间构成，这个事物本身在物理上也是有意义的，四维时空的诞生意味着“时间”和“空间”是不可分割的整体。

首先我们把研究自然世界的规律统称为“自然科学”，它包含物理、化学、生物、地理等多门科学。自然科学需要经过两个环节才能认为是正确的：1、理论推理正确 2、实验验证符合。理论推理正确是指：你的理论基于一些“公设”进行推理得出的各种结论之间不可相互矛盾。实验验证符合是指：你的理论必须要符合我们的客观世界，也就是说要有实验支持你的理论。

但是数学就不一样了，数学不是自然科学，他属于形式科学，啥意思呢？就是说数学完全是基于假设和推理的学问，他只需要保证一个环节正确即可：你的理论根据一些“公设”进行推理出的各种结论不可自相矛盾，数学完全不用管客观世界是否有对应的“真实物体”与之对应。所以两者区别出来了：
物理是经历：假设——推理——不矛盾——实验——符合理论——被大家公认。
数学是经历：假设——推理——不矛盾——被大家公认。
从某种意义上说，完成一项数学成果比完成一项物理成果少了一个环节：实验验证。这也是为什么数学总是发展在其他自然科学之前，因为少了一个环节也就少了一个研究任务。

通过以上分析我们可以看出，数学本身是人创造的一种“工具”，既然是人创造的，我们就可以用“发明”这个词来表达，比如牛顿发明了微积分。但是物理是自然科学，自然科学的规律是宇宙诞生的一刻起就已经存在，所以我们只能用“发现”，而不能用“发明”。“发明”是一个从无到有的过程，“发现”则是本来就存在，你只是发现它而已。

明白了以上概念后，你就知道“四维时空”和“四维空间”的区别了，前者是爱因斯坦为了自己的理论建立的一种模型，这种模型本身在客观世界是有对应的实体存在的。后者则是纯数学上面的研究，两者完全不同。所以当爱因斯坦广义相对论说“四维时空”是弯曲的，千万别把它理解成“四维空间”是弯曲的，甚至有的朋友会直接理解成我们生活的“三维空间”是弯曲的，这样的理解都是错误的。很多反对广义相对论的朋友，却连啥时“四维时空”都没弄懂，这些基础概念都搞混淆了，反驳自然显得如此无力。

2. “四维时空”和“四维空间”有怎样的区别呢？

三维空间和四维空间有什么不同？又该如何去理解？看完后脑洞大开

3. 时空真的是多维的吗？为何我们只能感受到四维？

时空为什么是四维的？无论是日常生活的经验还是迄今为止物理实验的测量都告诉我们这是一个不是问题的问题。因此，在描写粒子间强、弱和电磁这些规范相互作用的量子场论中，时空被预设为3+1维平直的闵氏时空。在描写引力的广义相对论中，时空虽然不再被看成不变的背景，但其总维度仍然被先验地取成4。


爱因斯坦的广义相对论是摒弃了牛顿引力理论中超距作用特点的关于引力的经典场论。要正确理解广义相对论研究揭示出来的许多现象，如黑洞的霍金辐射和宇宙中结构形成所需的原初扰动等，都需要把广义相对论与量子力学结合起来，构建无紫外发散困难的量子引力理论。这是当代物理学基础研究所追求的核心目标之一。
超弦理论通过把构成自然的基石假设为具有张力的长度小于10^-33厘米的一维弦，在微扰论意义上建立起了能统一描写引力和规范相互作用的量子理论。自从20世纪90年代中期爆发超弦的第二次革命至今，超弦理论的非微扰研究也取得了长足的发展。许多物理力学家乐观地认为，超弦理论目前看来已成为终极量子引力理论最有希望的候选者。


与四维闵氏时空中的量子场论相比，超弦理论有一些与众不同的特点。除其研究对象是弦而非场论中的点粒子，超弦理论还预言弦的玻色振动模式与费米振动模式之间存在对称性以及时空中存在额外的空间维度。在超弦理论中，弦的振动模式被诠释为量子场论意义上的粒子。要描写时空中的费米子，弦理论必须具有超对称。此外，广义协变的超弦动力学只有处在10维时空才能逻辑自洽地量子化。因此，按照超弦理论，在目前物理学已观测到的四维时空的每一点上存在着一个实验上尚未揭示的6维空间。


超对称和额外维这两个特征都超出了当前实验物理学的认知水平。物理学家们期望超弦理论的基本方程组应允许具有有效4维时空的低能近似解：10个时空维度中只有包括时间维在内的4个维度是近似平坦的，而其余6个空间维度高度弯曲到了如此小的尺度以致逃脱了目前物理实验的探测。虽然6维紧化空间在低能物理里不能直接观测，但其大小、形状等结构的细节仍然对非紧的4维时空中的物理施加着重要影响。出于粒子物理唯象学方面的一些考虑，特别是为了保证超弦理论的低能近似解能解释实验上已经完全证实的夸克、轻子的手征性以及保持各代基本费米子之间巨大质量差别的稳定性，物理学家们猜测所需的6维紧化空间很可能是一个紧流形。

4. 四维空间说的时空为何是四维的

5. 四维空间说的时空为何是四维的

6. 四维空间为什么不能称为四维时空？

四维空间指的是标准欧几里得空间，可以拓展到n维；四维时空指的是闵可夫斯基空间概念的一种误解。人类作为三维物体可以理解四维时空（三个空间维度和一个时间维度）但无法认识以及存在于四维空间，因为人类属于第三个空间维度生物。通常所说时间是第四维即四维时空下的时间维度。四维空间的第四维指与x，y，z同一性质的空间维度。然而四维时空并不是标准欧几里得空间，时间的本质是描述运动的快慢。
通过一维、二维、三维空间的演变，人们提出了关于四维空间的一些猜想。尽管这些猜想现在并不能证明是正确的，但科学理论有很多是由猜想开始的。现今科学理论一般是基于现象总结规律，而关于四维空间的现象没有足够准确清晰的认识，或者看到了这种现象却并没有想到是四维空间引起的。
可以定义可以度量的都可以有维度。比如时间、温度。点、线、面、时间、温度，构成五维空间也能说的通。
当然也可以定义点线面的拓扑空间为第四维、第五维、第六维以至第N维。这在数学公式推理推导中很容易实现，但现实很难对应和想像。

扩展资料：四维时空不仅限于此，由质能关系知，质量和能量实际是一回事，质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，比如速度越大，质量越大。在四维时空里，质量（或能量）实际是四维动量的第四维分量，动量是描述物质运动的量，因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。在四维时空里，动量和能量实现了统一，称为能量动量四矢。
另外在四维时空里还定义了四维速度，四维加速度，四维力，电磁场方程组的四维形式等。值得一提的是，电磁场方程组的四维形式更加完美，完全统一了电和磁，电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。四维时空的物理定律比三维定律要完美的多，这说明我们的世界的确是四维的。可以说至少它比牛顿力学要完美的多。至少由它的完美性，我们不能对它妄加怀疑。
在狭义相对论中，时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空，能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。在今后论及广义相对论时我们还会看到，时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。
参考资料来源：百度百科-四维空间

7. 时空是四维的还是三维的

时空是时间和空间的简称。对时间和空间权威的看法认为时间和空间的依存关系表达着事物的演化顺序。下来就来展开说明我对时间和空间以及维度还三维、四维的理解：

时间是对物体变化的一种度量，对变化快的事物时间过的很快。“蚍蜉撼大树，可笑不自量”，其实这其中的蚍蜉之所以撼大树可笑不自量的原因就在于它的盛名不超过一天，甚至仅仅只有几个小时。人类的寿命通常是70年左右。而乌龟的寿命则可以达到一两百岁。对于植物它的寿命更可以达到上千岁。而地球的年龄则已经到了45亿岁。

人类对于时间的认识经历了漫长的过程。早期的人类因为活动范围较小，没有时间的概念，通常都只是日出而作、日落而息，随着社会和技术的不断发展，以及对世界的认识，人类的活动范围越来越大，逐渐必须通过一定的计时方法来约定见面甚至做事的时间。逐渐诞生了如沙漏和日晷等计时方法。当活动范围大到一定程度以后，沙漏和一炷香之类的时间已经不适合用来长距离计时。所以开始逐渐借鉴自然规律如太阳东升西落、月亮的阴晴圆缺、气温变化、寒暑冷暖等用来计时，从而诞生了农历、阴历、儒略历、公历等等各种历法。所以时间是对变化的度量，尤其是通过有规律的变化。任何物质都在变化只是变化的快慢而已，沧海桑田、海枯石烂这都是变化，时间是伴随物质不可分割的。

而空间与时间一样，看不见摸不着，甚至于连形状都没有。我们该怎么去描述它呢?早期人类用脚步去丈量，后来发明了尺再后来发明了米。最终将无形的空间用米去衡量，有了度量以后就有了对空间最基础的理解。同样随着技术的发展，人的活动范围不再只局限于地面，而有了“空”的概念。
至于维度，数学上维度的发明方便了我们理解空间的概念，如前后左右上下或者长宽高。这些概念的发明对我们研究形状或者面积、体积有了很大帮助。
但是我想说的是空间其实没有维度，维度是数学抽象的结果。在我们生存空间中的莫比乌斯带是几维的呢？没有维度，不是三维也不是四维，而要描述一个在莫比乌斯带上点的位置需要四个独立坐标（x,y,z,r（r表示该点位置的法线方向））而时间是一定伴随物质的，因为没有不变化的物质。所以真实的时空是没有维度的，我们无法用维度去衡量，只要放到具体的参考系中维度才有意义，显示空间或者宇宙并不是研究的参考系。

作者：梦归秦淮（一个最会写字擅长P图的历史教师  公众号：史觉一梦）

8. 四维空间为什么不能称为四维时空？

四维空间指的是标准欧几里得空间，可以拓展到n维；四维时空指的是闵可夫斯基空间概念的一种误解。人类作为三维物体可以理解四维时空（三个空间维度和一个时间维度）但无法认识以及存在于四维空间，因为人类属于第三个空间维度生物。通常所说时间是第四维即四维时空下的时间维度。四维空间的第四维指与x，y，z同一性质的空间维度。然而四维时空并不是标准欧几里得空间，时间的本质是描述运动的快慢。
通过一维、二维、三维空间的演变，人们提出了关于四维空间的一些猜想。尽管这些猜想现在并不能证明是正确的，但科学理论有很多是由猜想开始的。现今科学理论一般是基于现象总结规律，而关于四维空间的现象没有足够准确清晰的认识，或者看到了这种现象却并没有想到是四维空间引起的。
可以定义可以度量的都可以有维度。比如时间、温度。点、线、面、时间、温度，构成五维空间也能说的通。
当然也可以定义点线面的拓扑空间为第四维、第五维、第六维以至第N维。这在数学公式推理推导中很容易实现，但现实很难对应和想像。

扩展资料：四维时空不仅限于此，由质能关系知，质量和能量实际是一回事，质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，比如速度越大，质量越大。在四维时空里，质量（或能量）实际是四维动量的第四维分量，动量是描述物质运动的量，因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。在四维时空里，动量和能量实现了统一，称为能量动量四矢。
另外在四维时空里还定义了四维速度，四维加速度，四维力，电磁场方程组的四维形式等。值得一提的是，电磁场方程组的四维形式更加完美，完全统一了电和磁，电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。四维时空的物理定律比三维定律要完美的多，这说明我们的世界的确是四维的。可以说至少它比牛顿力学要完美的多。至少由它的完美性，我们不能对它妄加怀疑。
在狭义相对论中，时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空，能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。在今后论及广义相对论时我们还会看到，时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。
参考资料来源：百度百科-四维空间