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      二維空間的封閉是圓,三維是球,那四維是什么?

       沙灘的海鷗 2019-03-06

      答:四維空間對(duì)應(yīng)超體,其中球?qū)?yīng)超球體,立方體對(duì)應(yīng)超立方體。


      人類大腦能模擬三維空間中的復(fù)雜模型,但是要模擬四維空間就非常難,主要原因還是四維空間包含的信息太多,人類大腦難以處理,而且低維空間中難以展現(xiàn)高維空間的所有信息。

      對(duì)于四維空間,我們能做的理解方式就是類比,用低維類比高維,從而推斷出高維空間具有的性質(zhì),為了表現(xiàn)四維空間中的規(guī)律,我們需要對(duì)其進(jìn)行降維處理,我們一步一步來(lái)。

      數(shù)學(xué)是非常好的工具,可以幫助我們處理一切維度,數(shù)學(xué)中降維方式之一就是“投影”,本質(zhì)上投影就是一種函數(shù)變換,把高維物體的某些信息放到低維中展現(xiàn)。


      一維投影

      零維是點(diǎn),點(diǎn)在N維空間中,就有N個(gè)變量來(lái)描述點(diǎn)的位置;一維是線,在數(shù)學(xué)中線是一組連續(xù)點(diǎn)坐標(biāo)的集合,如果把一維的線投影到零維空間,就是一個(gè)點(diǎn)。


      二維投影

      二維是面,在數(shù)學(xué)中,二維是無(wú)窮根線組成的面,面在一維中的投影是線。


      三維投影

      三維是體,比如三維中的立方體,立方體在二維平面中的投影就比較復(fù)雜了,不同角度下的投影,會(huì)得到不同的形狀,可以是矩形或者其他多邊形。

      如上圖,無(wú)論在哪個(gè)角度,二維平面中的投影都只能是平面圖形,每次投影得到的圖形,只包含立方體的一部分信息;隨著各個(gè)角度的變換,三維立方體的信息才會(huì)全部展現(xiàn)出來(lái)。


      四維投影

      立方體對(duì)應(yīng)超立方體,球體對(duì)應(yīng)超球體,但是我們無(wú)法想象四維空間中的事物;不過(guò)我們類比以上投影,可以推測(cè)出,超立方體在三維空間中的投影具有以下性質(zhì):

      (1)在三維空間中,超立方體的投影表現(xiàn)為三維立體圖形;

      (2)隨著投影角度的變化,三維中的投影會(huì)出現(xiàn)不同的形態(tài);

      (3)最簡(jiǎn)單的三維投影圖是立方體;

      要根據(jù)以上性質(zhì)去想象超立方體是很難的,上圖展示的,就是超立方體在不同投影角度下的三維形態(tài)。超立方體包含的信息量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三維中的立方體。


      高維投影

      人類無(wú)法想象高維事物,但是數(shù)學(xué)可以幫助我們理解高維事物的性質(zhì),比如著名的卡拉比-丘成桐空間,就是一個(gè)六維空間,這個(gè)六維空間在三維中的投影,可以用計(jì)算機(jī)模擬出來(lái),如下圖。

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