四維空間是什么樣的？與三維空間的區別在哪里？

用最簡單的回答就是：四維空間比三維空間裝得更多。普通人，把四維空間用來裝妖魔鬼怪；作家，把四維空間用來裝科幻故事；而科學家，把四維空間以及高維空間，用來裝這世上已發現的自然定律。

四維空間的簡單定義

簡單來說，過空間一點，能夠形成4條相互垂直的線，這樣的空間就叫做四維空間。

而就我們的日常認知來說，顯然過一點只能出現三條相互垂直的線，這是因為我們生活的空間是一個三維空間。

我們無法想象，在三個維度上還會有另外有一個維度，垂直其他三個維度。

所以就目前的情況來看，四維空間是以數學推導出來的一個概念，以及其他高維空間，我們都無法確定，也無法檢驗。

四維空間的優勢

1、因為多出了一條維度，所以四維空間會比三維空間，有更大的包容力。

打個比方來說，在一個固定面積的二維平面上面，如果放滿了東西，還要繼續堆東西就只能往上堆了，所以三維空間比二維空間“大”。

所以說高維空間會比低維空間，能裝更多的東西。

2、高維空間預示著從一個地方到另外一個地方，有更多的運動軌跡可以走。

比如，三維空間相對于二維空間，從a點到b點，會有更多的路徑可以走。而且多出來的通過第三維的路徑會呈指數級增長。

所以，如果一個人可以在四維空間里面行走，他就可以在我們的世界里原地消失，然后又在另一個地方瞬間出現。

3、通過四維空間，可以將三維空間折疊，實現時空穿梭。

就像一張紙上的兩個點，可以通過對折紙張而重合。所有的蟲洞理論都可以通過四維空間來實現。

當然，上面的一切都只是推論，沒法證實也無法證明。而且，上面這些優勢，都是我們腦補的，真正的物理學上的高維空間，都是卷縮在普朗克長度（10^-35m）下的，也就是說對我們現實生活沒任何影響。

四維的物體是什么樣的？

最早把四維物體可視化的人，叫做辛頓。他發明了一種新的立方體：辛頓立方體，可以理解為四維物體分拆之后，在三維空間的一個投影。

1909年，《科學美國人》舉辦的一場名為“給四維做出正確且通俗的解釋”大賽，讓辛頓聲名大噪！成為了世界公認的讓四維物體可視化的第一人。

而且辛頓把存在于四維空間里的立方體，命名為超立方體。

而超立方體與三維空間的立方體最大的區別在于，超立方體的每一個面，都相當于一個三維立方體。

超立方體的這種形象認知，是辛頓以“線組成面，面組成體，體組成超體”的這種思路，推導出來的。

四維思想的起源

最早的四維空間認知，來源于1854年，黎曼的那一場著名的哥廷根大學就職演講：論幾何的基礎。

隨后黎曼幾何動搖了歐幾里得幾何的統治地位，成為了一門風靡全球的幾何學，并把開啟了高維空間的概念。黎曼成為了第一認為，力是空間扭曲結果的人。

而隨后，四維空間思想席卷了全球。在1910年，神秘的四維成為了家喻戶曉的談資。

四維空間以及高維空間的實際用處。

目前，除了我們生存的三維空間以外，其他的各種維度空間實際上都只是一種數學概念。

愛因斯坦把時間作為第4維，可看成一個特例。因為時間維度和空間維度最大的不同是，時間是一個單向的維度。

但愛因斯坦將時間作為第4維，引入了物理學界，讓后面的物理學理論發展看到了一個新的方向。

不少人發現在引入高維空間后，自然定律可以被描述得更加簡單，而且之前認為不可相容的理論可以合并，并通過幾何學的方式加以解釋。

最早看到這一點的人，是一個叫卡魯扎的不知名數學家。他利用第5維統一了愛因斯坦場方程和麥克斯韋場方程，后來被完善成為卡魯扎-克萊茵理論，然后弦理論運用26維空間，統一了基于量子力學發展起來的“標準模型”和愛因斯坦相對論。

所以說，目前前沿的理論物理學，幾乎都是以高維空間的思想，來統一原有的自然定律。因為在三維空間里，這些自然定律無法相容，甚至矛盾，而只有把它們放在高維空間之下，利用高維空間里的超對稱性，才可以把他們融合統一。

總結

可以這么說，三維空間是我生存的空間，而在三維空間里，科學家們發現了各種各樣的描述自然現象的物理定律。

然后有人發現這些不同的定律，其實有些是可以合并的，也就是說可以統一來表述。為此物理學家們認為，我們世界里的所有自然定律，應該最后都能被統一成一個大一統理論。

比如，通過四維空間我們可以描述量子們神乎其神的運動狀態；紛繁復雜的“標準模型”粒子們也可以在高維空間里，被統一簡單描述；26維的弦理論可以推導出愛因斯坦的方程式。

所有的自然定律似乎都能在高維空間里統一。為了追尋這個大一統理論，為了讓這些物理定律的描述更為簡單、簡潔，甚至把各種不同的理論進行統一闡述。物理學才引入了高維空間，因為只有在高維空間之下，這些物理學定律才能被更簡單的描述，以及統一。