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什么是四維空間？

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什么是四維空間？

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我們生活的這個世界存在三個維度，長、寬、高所組成的三維空間，如果再加上一維的時間，就是四維時空，即我們存在于三維空間或四維時空內 。（時間不能算維度，但它貫穿于所有維度）說到這里，很多人或許在想，如果人類進入了四維空間（即五維時空），真的可以像電影中男主角那樣穿越時空回到過去嗎？
答案是不可以或者未知，因為維度有數學和科學上兩種說法 。
維度的說法最早來源于數學中，包括超弦理論中的11個維度都是建立在數學的基礎之上，而數學中所有的維度都是在標準歐幾里德空間的基礎上探討的 。打個簡單的比方，數學中的維度就是：一維是過一個點的一條直線，二維是過一個點的兩條相互垂直的直線，三維就是我們數學中建立的相互垂直的XYZ平面直角坐標系的空間 。以此類推，數學上的N維所指的就是過任意點做出的N條相互垂直的直線 。
【什么是四維空間？】所以在數學的標準歐幾里德空間內，人類是不可能進入四維空間的，這個四維空間僅僅只是用于解決某些數學問題所建立的模型而已，而電影中所說的維度和穿越到過去未來的維度是科學上的維度，這個維度是建立在閔可夫斯基空間的基礎上進行探討的，就像《三體》中的降維打擊 。
科學上的維度或許是大家最感興趣的問題，因為如果真的存在科學上的維度，確實可以穿越時空去到過去和未來 。但目前為止，科學并未承認世界存在四維空間，不過也沒有否認四維空間一定不存在，至少目前沒有發現它存在 。
腦洞大開，假設存在科學上的四維空間，那么人類也是無法涉足的 。
許多人認為人類存在于三維空間內，可以觀察到二維空間內的生物，就像觀察螞蟻 。其實這個說法是錯誤的，就算螞蟻再矮它也存在高度，就算一張紙再薄，紙也不可能是二維的，因為組成紙張的分子原子都有長寬高，夸克再小都有長寬高，尺度再小也都比普朗克長度要長，所以我們所生活的三維空間內，一切物質必定是三維的 。
有人認為影子只有長和寬，沒有高，所以影子是二維的，這個說法其實也不對 。影子不是一種實體物質，影子的存在只是因為它沒有光 。
荷蘭藝術家就曾用他的雕塑作品描繪了四維空間，如果四維空間真的存在，那么里面的生物應該是一個三維生物所有生命軌跡的疊加 。比如三維空間內你只能看到某個人在某個時間點上的一個狀態，而四維空間你就能看到某個人在某個時間點上的所有狀態，你看到的是整個生命的運動軌跡 。
四維空間的投影就是我們的三維空間，也就是一個時間點下人只有一個狀態 。例如三維空間的投影就是二維的一個平面，二維平面的投影就是一維的一條線，是一個降維的關系 。當然人類存在的三維空間是無法觀察到其它維度的，如果三維空間的人進入四維空間，那結局很可能是死亡，因為三維的人缺少維度支持進入四維 。
又或許，用三維空間內的理論知識來探討四維空間，這本身就不合適 。
四維空間，也叫做“歐幾里得四維空間”，是標準歐幾里德空間 。它是一個數學概念，可以拓展到n維；四維空間的第四維指與x，y，z同一性質的空間維度 。
在物理學和數學中，可將n個數的序列理解為一個n 維空間中的位置 。當n=4時，所有這樣的位置的集合就叫做四維空間 。四維空間和人居住的三維空間不同，因為多了一個維度 。
四維空間的軸對稱性
對于四維空間，人們普遍認為空間有軸對稱性，或是中心對稱 。譬如，倘若一個三維空間的人進入四維空間，并且按照適當的方式“旋轉”一下再回到三維空間，那么他會被‘軸對稱’一下（這在三維空間中當然是不可能實現的，除非運用三維版本的莫比烏斯帶） 。當然，由于沒有人進入四維空間，所以這只是一個從二維空間類比而得的假設，無法進行驗證 。但是關于時間軸的觀點以及時空錯亂瞬間的現象與這是相符的 。
從二維空間的一個圖形是不能在二維空間進行對稱的，但進入三維空間，就可以通過進行翻轉回到二維空間時，就可以實現對稱，因為在二維空間是不能進行翻轉的，只能旋轉或平移 。因此我們可以推測三維物體進入了四維空間，再回到三維空間可能物體會被“軸對稱”一下 。

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