Der 4-dimensionale Raum existiert wirklich, was werden Menschen, wenn sie ihn betreten?

Ein Punkt kann nicht das eigentliche Objekt darstellen, die zweidimensionale Ebene kann nicht das vollständige Bild des Objekts zeigen, die dreidimensionale Struktur vervollständigt die Beschreibung der Welt, also wie soll der 4-dimensionale Raum dargestellt werden?

Dieses Problem wurde zunächst nicht ausgearbeitet, bis die Anfang 20th Jahrhundert, aber häufiger durch mathematische Sprache, um den Zustand des 4-dimensionalen Raums auszudrücken.

Dieses akademische Problem perfektionierte später Einsteins Relativitätstheorie, aber als Einsteins Mentor Das Deutsch Mathematiker Hermann Minkowskis Die theoretische Analyse hochdimensionaler Räume verschaffte ihm eine Schlüsselposition in der mathematischen Gemeinschaft.

Aber vorher wusste niemand, was ein 4-dimensionaler Raum aussah, aber genau genommen war es jetzt genauso.

Aber mit mathematischen Beschreibungen und Modellverständnis, wir können nun die Projektion des 4-dimensionalen Raumes in die 3-dimensionale Welt aus der 3-dimensionalen Welt ableiten, so wie wir auf Papier zeichnen.

Um jedoch die Existenz des 4-dimensionalen zu beweisen, Minkowski hat sich viel Mühe gegeben.

Ohne hier viel über die spezielle Relativitätstheorie zu diskutieren, schauen wir uns direkt an, wie die Deutsch mathematischer Zauberer hat den 4-dimensionalen Raum bewiesen.

Minkowski und seine räumlichen Studien

Minkowski-Raumzeit

Die Minkowski-Raumzeit muss unter Berücksichtigung des Problems der angemessenen Zeit- und Längenkontraktion auf die Lorentz-Transformation angewendet werden, und das Hauptlösungswerkzeug ist „Minkowski-Diagramm".

Aus Sicht der mathematischen Struktur haben Minkowskis Metriken und Ableitungen ebenfalls Gruppentheorie , und in Bezug auf Raum-Zeit-Mannigfaltigkeiten als Ergebnis der Hypothese der speziellen Relativitätstheorie stellen Raum-Zeit-Intervalle Invarianz dar, weil gekrümmte Raumzeit lokaler Lorentz ist.

Lorentz-Transformation

Beide Lorentz transformiert und  Spezielle Relativität schlage das Konzept vor absolute Raumzeit, und die Beobachtung von Tatsachen hängt vom Bezugssystem des Beobachters ab, sodass Minkowskis Ausdruck der Raumzeit in der Mathematik gleichermaßen Raumzeitinvarianz ist.

Aber aufgrund der Invarianz der Intervalle ist die Klassifizierung jedes Vektors in allen Referenzrahmen, die sich auf die Lorentz-Transformation beziehen, gleich.

Transformation von Minkowski-Diagrammen

Minkowskis räumliches Ereignis wird also eine Vielzahl unterschiedlicher Vektorsätze haben, um den Lichtkegel dieses Ereignisses darzustellen.

Die Richtung der Zeit und die räumlichen Änderungen bewirken, dass die Minkowski-Raumzeit unterschiedliche Mengen in vier Mengen hat.

In der Geometrie der Raumzeit hat der Minkowski-Raum eine sehr wichtige zeitliche Unterscheidung.

Im 3D-Raum, hat die Minkowski-Raumzeit eine zusätzliche Dimension, deren Koordinaten Xº werden von der Zeit abgeleitet, so dass die Abstandsdifferenzierung die Formel erfüllt.

Das haben wir später auch gesagt, im 4-dimensionalen Raum wird es eine Zeitreferenz geben.

Verwandte Studien haben die spätere spezielle Relativitätstheorie verfeinert

Aber was hier verstanden werden muss, ist, dass die Existenz von Zeit nicht Zeit ist, wie wir sie allgemein verstehen.

Normalerweise verwenden wir die absolute Zeit im Raum, aber die Minkowski-Raumzeit in der speziellen Relativitätstheorie kann als Invarianz jedes Trägheitsbezugssystems ausgedrückt werden, das Raumzeitintervalle beobachtet.

Variationen in verschiedenen Geschwindigkeiten

Das heißt, der 4D-Abstand zwischen zwei beliebigen Ereignissen, diese Rotationssymmetrie der Existenz der Minkowski-Raumzeit drückt Veränderungen im 4-dimensionalen Raum aus.

Im Gegensatz dazu fungiert die Zeit im vierdimensionalen Raum als zusätzliche Achse und ist orthogonal zu den anderen drei Achsen.

Ausgehend von der geometrischen Struktur der Mathematik behält die Minkowski-Raumzeit die Orthogonalität zu Kurven in der hyperbolischen Rotation bei, während euklidische Diagramme die Orthogonalität durch Rotation beibehalten.

Vergleich von Euklid-Diagrammen mit Minkowski-Diagrammen

Dies ist die hyperbolische Orthogonalität von Minkowskis Raumzeit, die später in der speziellen Relativitätstheorie verwendet wurde, um simultane Ereignisse zu definieren.

Durch verschiedene mathematische Darstellungen hat Minkowski die Darstellung des 4-dimensionalen Raums bewiesen, obwohl dies nicht dasselbe ist wie die allgemeine physikalische Raumzeitdarstellung, aber die Anwendung der Relativitätstheorie bestätigt die Richtigkeit von Minkowskis Raumzeit.

Veränderungen in der Beobachtung durch die Ausdehnung der Raumzeit

Wie sollte ein 4-dimensionaler Raum aussehen?

Durch das Hinzufügen zusätzlicher Freiheitsgrade wird die Geometrie in vierdimensionaler Raum is komplexer als Geometrie im dreidimensionalen Raum.

In der dreidimensionalen Welt kann ein Kreis in einen Zylinder gequetscht werden, während in der 4-dimensionale Welt, mehrere verschiedene zylindrische Objekte erscheinen.

Das beste Beweismuster ist die Klein-Flasche, bei der Kurven Knoten in drei Dimensionen bilden können, Oberflächen jedoch nicht, es sei denn, sie schneiden sich selbst.

Im 4D-Raum kann die Variation der Kurve jedoch leicht durch Bewegen in die vierte Richtung entwirrt werden, und die 2D-Oberfläche kann im 4D-Raum gebildet werden.

Mathematikgenie Minkowski: Beweisen Sie, dass der 4-dimensionale Raum wirklich existiert, was werden Menschen, wenn sie ihn betreten?

Flaschenwechsel bei Klein

Wie sollte also ein 4-dimensionaler Raum für Menschen aussehen? Und wie wird es für Menschen aussehen, die den 4-dimensionalen Raum betreten?

Durch Vorstellungskraft und dimensionale Analogie drücken wir am häufigsten die hochdimensionale Welt durch Projektion aus, aber nachdem wir den 4-dimensionalen Raum betreten haben, wird alles anders.

Vierdimensionales räumliches Szenariodiagramm

In der dreidimensionalen Welt können wir uns leicht physische Bilder verschiedener 3 Dimensionen in unserem Geist vorstellen und verstehen das 4-dimensionale wir können die Änderungen anwenden in Minkowskis Raumzeit.

Bei vier Dimensionen hat jede Achse jedoch einen Würfel, sodass die vier Dimensionen mit 2 Flächen multipliziert werden und alle 8 Flächen eine Oberfläche bilden.

Rot ist der Würfel, dem die Dimension hinzugefügt wird

Aufgrund der Dimensionszunahme und der Bewegungsänderung ändert sich die Struktur im 4-dimensionalen Raum je nach Blickwinkel des Betrachters in verschiedenen Formen, und aus der Perspektive des menschlichen Sehens weiß niemand genau, was die wahre Form des Objekts in diesem Raum ist.

Wenn Sie immer noch nicht ganz verstehen können, was im 4-dimensionalen Raum vor sich geht, dann sehen Sie sich das folgende Diagramm an.

Richten Sie Ihre Augen auf dieses Bild und Sie werden feststellen …

Da die Welt, in der Menschen leben, eine ist 3-dimensionale Struktur, wir können den 4-dimensionalen Raum nicht wirklich verstehen, sondern nur von mathematische Grafiken, und trotzdem wird es noch viele unverständliche Strukturen geben.

Wenn Sie darüber phantasieren, den 4-dimensionalen Raum zu betreten, ist die Realität der Situation wahrscheinlich sehr kompliziert, da Menschen, die den 4-dimensionalen Raum betreten, schnell sterben werden.

3D-Kreaturen im 4-dimensionalen Raum

Aus der Klein-Flasche können wir erkennen, dass die Dinge der 3-dimensionalen Welt nicht im 4-dimensionalen Raum existieren. Nach dem Betreten der 4-dimensionaler Raum, wird sich die atomare Struktur aller Materie verändern und die Atomorbitale werden mehr Elektronen enthalten.

In dieser Dimension werden einige metallische Elemente zu Gasen, wie Magnesium.

In ähnlicher Weise unterliegen unsere Körper sehr seltsamen Veränderungen, bei denen die meisten Elemente, auf die wir uns im Körper verlassen, aufgrund von Änderungen der räumlichen Dimensionen versagen, wo Funktionen, die im dreidimensionalen Raum richtig funktionieren, versagen.

Theoretisch, Menschen werden im 4-dimensionalen Raum zerlegt, und unter der Annahme, dass Menschen zu dieser Zeit leben können, dann können wir verschiedene Körperfragmente sehen, die sich im 4-dimensionalen Raum bewegen.

Menschen, die den 4-dimensionalen Raum betreten, können so sein

Tatsächlich haben Lebewesen im 3-dimensionalen Raum keine Bedeutung im 4-dimensionalen Raum.

Als sehr einfaches Beispiel kann ein Maler ein sehr reales Porträt oder Tier auf ein Blatt Papier zeichnen, aber die zweidimensionale Struktur kann ihre inneren Organe nicht zeigen.

Daher gibt es in der zweidimensionalen Welt nur eine „Oberfläche“ und es gibt kein Konzept von „innen“ und „außen“ in der zweidimensionalen Welt.

Wenn also Objekte in 2 Dimensionen irgendwie in die 3D-Welt gelangen können, werden sie ebenfalls zusammenbrechen, weil es keine dreidimensionale Unterstützung gibt.

Ein ähnliches Konzept ist ein Beispiel für einen Menschen, denn nach dem Eintritt in die 4. Dimension haben wir keine 4 Dimensionen von Händen, Füßen und Körpern, dann können Veränderungen aus jeder Richtung den menschlichen Körper zerstören.

Angesichts der komplexen Veränderungen im Raum lieferte die Minkowski-Raumzeit eine vernünftige Erklärung und drückte es in mathematischer Sprache aus, die im 20. Jahrhundert sehr groß war.

Es ist auch Minkowskis Forschung, die Menschen erkennen lässt, dass Zeit und Raum ein Raum-Zeit-Kontinuum sind und in 4 Dimensionen miteinander gekoppelt sind.

Aber so ein Genie und Meister der Mathematik konnte sich dem Schmerz nicht entziehen, und als Minkowski 44 Jahre alt war, musste er aufgrund der beginnenden Schmerzen mit dem Tod rechnen Appendizitis.

Aufgrund der damaligen mangelnden medizinischen Versorgung konnte eine Operation das Problem der Blinddarmentzündung nicht lösen, und er starb 1909.

Allerdings sein Schüler Albert Einstein hat gute Arbeit geleistet, indem er Minkowskis Raumzeit in seine Theorie gebracht hat, was auch sein großer Vorteil ist, und er hat schließlich die Relativitätstheorie bekommen.

Vielleicht ist die Realität wie ein 4-dimensionaler Raum, und wir wissen nie, wie die nächste Richtungsänderung aussehen wird.

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