Un punto no puede representar el objeto real, el plano bidimensional no puede mostrar la imagen completa del objeto, la estructura tridimensional completa la descripción del mundo, entonces, ¿cómo se debe representar el espacio de 4 dimensiones?

Este problema no se elaboró ​​inicialmente hasta la A principios del siglo 20th, pero más a menudo a través del lenguaje matemático para expresar el estado del espacio de 4 dimensiones.

Este problema académico más tarde perfeccionó la teoría de la relatividad de Einstein, pero como mentor de Einstein, el Alemán matemático Hermann Minkowski El análisis teórico de espacios de alta dimensión le dio una posición fundamental en la comunidad matemática.

Pero antes de eso, nadie sabía qué Espacio bidimensional parecía, pero estrictamente hablando, era lo mismo ahora.

Pero con descripciones matemáticas y comprensión de modelos, ahora podemos deducir la proyección del espacio de 4 dimensiones en el mundo de 3 dimensiones del mundo de 3 dimensiones, tal como dibujamos en el papel.

Sin embargo, para probar la existencia de las 4 dimensiones, Minkowski ha dedicado mucho esfuerzo.

Sin mucha discusión aquí sobre la relatividad especial, veamos directamente cómo la Alemán asistente matemático demostró el espacio de 4 dimensiones.

Espacio-tiempo de Minkowski

El espacio-tiempo de Minkowski debe aplicarse a la transformada de Lorentz, teniendo en cuenta el problema de la contracción adecuada del tiempo y la longitud, y la principal herramienta de solución es la “diagrama de Minkowski".

Desde el punto de vista de la estructura matemática, las métricas y derivadas de Minkowski también tienen teoría de grupo , y en términos de variedades de espacio-tiempo como resultado de la hipótesis de la relatividad especial, los intervalos de espacio-tiempo representan invariancia, porque el espacio-tiempo curvo es Lorentz local.

Ambos lorentz transforma y  relatividad especial proponer el concepto de espacio-tiempo absoluto, y la observación de los hechos depende del sistema de referencia del observador, por lo que la expresión del espacio-tiempo en matemáticas de Minkowski es igualmente invariancia del espacio-tiempo.

Pero debido a la invariancia de los intervalos, la clasificación de cualquier vector es la misma en todos los marcos de referencia relacionados con la transformada de Lorentz.

Entonces, el evento espacial de Minkowski tendrá una variedad de diferentes conjuntos de vectores para representar el cono de luz de ese evento.

La dirección del tiempo y los cambios espaciales hacen que el espacio-tiempo de Minkowski tenga diferentes conjuntos en cuatro conjuntos.

En la geometría del espacio-tiempo, el espacio de Minkowski tiene una distinción muy importante en términos de tiempo.

en el espacio 3D, el espacio-tiempo de Minkowski tiene una dimensión adicional cuyas coordenadas Xº se derivan del tiempo, de modo que la diferenciación de distancia satisface la fórmula.

Esto es también lo que dijimos más tarde, en el espacio de 4 dimensiones habrá una referencia de tiempo.

Pero lo que debe entenderse aquí es que la existencia del tiempo no es el tiempo como generalmente lo entendemos.

Por lo general, el tiempo que usamos es el tiempo absoluto en el espacio, pero el espacio-tiempo de Minkowski en la relatividad especial se puede expresar como la invariancia de cualquier marco de referencia inercial que observe intervalos de espacio-tiempo.

Es decir, la distancia 4D entre dos eventos cualesquiera, esta simetría rotacional de la existencia del espacio-tiempo de Minkowski expresa cambios en el espacio de 4 dimensiones.

Por el contrario, el tiempo en el espacio de cuatro dimensiones actúa como un eje adicional y es ortogonal a los otros tres ejes.

De la estructura geométrica de las matemáticas, el espacio-tiempo de Minkowski conserva la ortogonalidad sobre las curvas en rotación hiperbólica, mientras que los diagramas euclidianos mantienen la ortogonalidad por rotación.

Esta es la ortogonalidad hiperbólica del espacio-tiempo de Minkowski, que luego se usó en la relatividad especial para definir eventos simultáneos.

A través de varias representaciones matemáticas, Minkowski demostró la representación del espacio de 4 dimensiones, aunque esto no es lo mismo que la representación física general del espacio-tiempo, pero la aplicación de la relatividad verifica la exactitud del espacio-tiempo de Minkowski.

¿Cómo debería ser un espacio de 4 dimensiones?

Debido a la adición de grados de libertad adicionales, la geometría en espacio de cuatro dimensiones is mas complejo que la geometría en el espacio tridimensional.

En el mundo tridimensional, un círculo se puede apretar en un cilindro, mientras que en el Mundo de 4 dimensiones, aparecen varios objetos cilíndricos diferentes..

El mejor patrón de prueba es la botella de Klein, donde las curvas pueden formar nudos en tres dimensiones, pero las superficies no pueden hacerlo a menos que se crucen entre sí.

Sin embargo, en el espacio 4D, la variación de la curva se puede desenredar fácilmente moviéndose en la cuarta dirección, y la superficie 2D se puede formar en el espacio 4D.

Entonces, ¿cómo debería ser un espacio de 4 dimensiones para los humanos? ¿Y cómo será para las personas que ingresen al espacio de 4 dimensiones?

A través de la imaginación y la analogía dimensional, la forma más común que usamos es expresar el mundo de alta dimensión a través de la proyección, pero después de ingresar al espacio de 4 dimensiones, todo se volverá diferente.

En el mundo tridimensional, podemos imaginar fácilmente imágenes físicas de diferentes 3 dimensiones en nuestras mentes y comprender el 4-dimensional podemos aplicar los cambios en El espacio-tiempo de Minkowski.

Sin embargo, en cuatro dimensiones, cada eje tendrá un cubo, por lo que las cuatro dimensiones se multiplican por 2 caras, y cada 8 caras forman una superficie.

Debido al aumento de dimensión y al cambio de movimiento, la estructura en el espacio de 4 dimensiones cambiará de varias formas según el ángulo del observador., y desde la perspectiva de la visión humana, nadie sabe exactamente cuál es la forma real del objeto en este espacio.

Si aún no puede entender muy bien lo que sucede en el espacio de 4 dimensiones, mire el siguiente diagrama.

Dado que el mundo en el que viven los humanos es un estructura tridimensional, no podemos entender verdaderamente el espacio de 4 dimensiones, pero solo desde gráficos matemáticos, y aun así, seguirá habiendo muchas estructuras incomprensibles.

Si está fantaseando con ingresar al espacio de 4 dimensiones, es probable que la realidad de la situación sea muy complicada, porque las personas que ingresan al espacio de 4 dimensiones morirán rápidamente.

Criaturas 3D en un espacio de 4 dimensiones

De la botella de Klein podemos ver que las cosas del mundo tridimensional no existen en el espacio tetradimensional. Después de entrar en el Espacio bidimensional, la estructura atómica de toda la materia será diferente y los orbitales atómicos contendrán más electrones.

Entonces, en esta dimensión, algunos elementos metálicos se vuelven gases, como el magnesio.

De manera similar, nuestros cuerpos experimentan cambios muy extraños, donde la mayoría de los elementos en los que confiamos en el cuerpo fallan debido a cambios en las dimensiones espaciales, donde fallan las funciones que funcionan correctamente en el espacio tridimensional.

Teóricamente las personas se descompondrán en un espacio de 4 dimensiones, y suponiendo que las personas puedan vivir en este momento, entonces podemos ver varios fragmentos del cuerpo moviéndose en un espacio de 4 dimensiones.

De hecho, los seres vivos en el espacio tridimensional no tienen significado en el espacio tetradimensional.

Como un ejemplo muy simple, un pintor puede dibujar un retrato o un animal muy real en una hoja de papel, pero la estructura bidimensional no puede mostrar sus órganos internos.

Por lo tanto, solo hay una "superficie" en el mundo bidimensional, y no existe el concepto de "adentro" y "afuera" en el mundo bidimensional.

Entonces, si los objetos en 2 dimensiones de alguna manera pueden ingresar al mundo 3D, también colapsarán porque no hay soporte tridimensional..

Un concepto similar es un ejemplo de un ser humano, porque después de entrar en la 4ª dimensión, no tenemos 4 dimensiones de manos, pies y cuerpos, entonces los cambios desde cualquier dirección pueden destruir el cuerpo humano.

Ante los complejos cambios en el espacio, el espacio-tiempo de Minkowski dio una explicación razonable y lo expresó en lenguaje matemático, que fue muy grande en el siglo XX.

También es la investigación de Minkowski la que hace que las personas se den cuenta de que el tiempo y el espacio son un continuo espacio-tiempo y están acoplados en 4 dimensiones.

Sin embargo, tal genio y maestro de las matemáticas no podía escapar del dolor, y cuando Minkowski tenía 44 años, tuvo que enfrentar la muerte debido a la aparición de apendicitis.

Debido a la falta de atención médica en ese momento, la cirugía no pudo resolver el problema de la apendicitis y murió en 1909.

Sin embargo, su alumno Albert Einstein hizo un buen trabajo al incluir el espacio-tiempo de Minkowski en su teoría, que también es su gran punto, y finalmente obtuvo la teoría de la relatividad.

Quizás la realidad es como un espacio de 4 dimensiones, y nunca sabemos cómo será el próximo cambio de dirección.