O espaço de 4 dimensões realmente existe, o que as pessoas se tornarão quando entrarem?

Um ponto não pode representar o objeto real, o plano bidimensional não pode mostrar a imagem completa do objeto, a estrutura tridimensional completa a descrição do mundo, então como o espaço tridimensional deve ser representado?

Este problema não foi inicialmente elaborado até o Início do século 20, mas mais frequentemente através da linguagem matemática para expressar o estado do espaço 4-dimensional.

Esse problema acadêmico mais tarde aperfeiçoou a teoria da relatividade de Einstein, mas como mentor de Einstein, o alemão matemático de Hermann Minkowski análise teórica de espaços de alta dimensão deu-lhe uma posição central na comunidade matemática.

Mas antes disso, ninguém sabia o que era um Espaço bidimensional parecia, mas estritamente falando, era o mesmo agora.

Mas com descrições matemáticas e compreensão do modelo, agora podemos deduzir a projeção do espaço 4-dimensional no mundo 3-dimensional do mundo 3-dimensional, assim como desenhamos no papel.

No entanto, para provar a existência do 4-dimensional, Minkowski gastou muito esforço.

Sem muita discussão aqui sobre a relatividade especial, vejamos diretamente como o Alemão mago matemático provou o espaço 4-dimensional.

Minkowski e seus estudos espaciais

Minkowski espaço-tempo

O espaço-tempo de Minkowski precisa ser aplicado à transformada de Lorentz, levando em consideração o problema de contração de tempo e comprimento adequado, e a principal ferramenta de solução é o “Diagrama de Minkowski".

Do ponto de vista da estrutura matemática , as métricas e derivadas de Minkowski também têm teoria de grupo , e em termos de variedades de espaço-tempo como resultado da hipótese da relatividade especial , os intervalos de espaço-tempo representam invariância , porque o espaço-tempo curvo é Lorentz local.

Transformação de Lorentz

Ambos lorentz transforma e relatividade especial propor o conceito de espaço-tempo absoluto, e a observação de fatos depende do sistema de referência do observador, então a expressão de Minkowski de espaço-tempo em matemática é igualmente invariância de espaço-tempo.

Mas devido à invariância dos intervalos, a classificação de qualquer vetor é a mesma em todos os referenciais relacionados à transformada de Lorentz.

Transformação de diagramas de Minkowski

Assim, o evento espacial de Minkowski terá uma variedade de diferentes conjuntos de vetores para representar o cone de luz desse evento.

A direção do tempo e as mudanças espaciais fazem com que o espaço-tempo de Minkowski tenha conjuntos diferentes em quatro conjuntos.

Na geometria do espaço-tempo, o espaço de Minkowski tem uma distinção muito importante em termos de tempo.

No espaço 3D, o espaço-tempo de Minkowski tem uma dimensão adicional cujas coordenadas Xº são derivados do tempo, de modo que a diferenciação de distância satisfaça a fórmula.

Isso também é o que dissemos mais tarde, no espaço de 4 dimensões haverá uma referência de tempo.

Estudos relacionados refinaram a teoria da relatividade especial posterior

Mas o que precisa ser entendido aqui é que a existência do tempo não é o tempo como geralmente o entendemos.

Normalmente o tempo que usamos é o tempo absoluto no espaço, mas o espaço-tempo de Minkowski na relatividade especial pode ser expresso como a invariância de qualquer referencial inercial observando intervalos espaço-temporais.

Variações em diferentes velocidades

Ou seja, a distância 4D entre quaisquer dois eventos, essa simetria rotacional da existência do espaço-tempo Minkowski expressa mudanças no espaço 4-dimensional.

Em contraste, o tempo no espaço quadridimensional atua como um eixo adicional e é ortogonal aos outros três eixos.

A partir da estrutura geométrica da matemática, o espaço-tempo de Minkowski retém a ortogonalidade sobre as curvas em rotação hiperbólica, enquanto os diagramas euclidianos mantêm a ortogonalidade por rotação.

Comparação de diagramas de Euclides com diagramas de Minkowski

Esta é a ortogonalidade hiperbólica do espaço-tempo de Minkowski, que mais tarde foi usada na relatividade especial para definir eventos simultâneos.

Através de várias representações matemáticas, Minkowski provou a representação do espaço 4-dimensional, embora isso não seja o mesmo que a representação geral do espaço-tempo físico, mas a aplicação da relatividade verifica a exatidão do espaço-tempo de Minkowski.

Mudanças na observação provocadas pela expansão do espaço-tempo

Como deve ser um espaço de 4 dimensões?

Devido à adição de graus de liberdade adicionais, a geometria em espaço quadridimensional is mais complexo do que a geometria no espaço tridimensional.

No mundo tridimensional, um círculo pode ser espremido em um cilindro, enquanto no mundo mundo 4-dimensional, vários objetos cilíndricos diferentes aparecem.

O melhor padrão de prova é a garrafa de Klein, onde as curvas podem formar nós em três dimensões, mas as superfícies não podem, a menos que elas se cruzem.

No entanto, no espaço 4D, a variação da curva pode ser facilmente desembaraçada movendo-se na quarta direção, e a superfície 2D pode ser formada no espaço 4D.

Gênio matemático Minkowski: Prove que o espaço 4-dimensional realmente existe, o que as pessoas se tornarão quando entrarem?

Mudanças na garrafa de Klein

Então, como deve ser um espaço de 4 dimensões para os humanos? E como será para as pessoas que entrarem no espaço de 4 dimensões?

Através da imaginação e analogia dimensional, a maneira mais comum que usamos é expressar o mundo de alta dimensão através da projeção, mas depois de entrar no espaço de 4 dimensões, tudo se tornará diferente.

Diagrama de cenário espacial quadridimensional

No mundo tridimensional, podemos facilmente imaginar imagens físicas de diferentes 3 dimensões em nossas mentes e entender o 4-dimensional podemos aplicar as mudanças em O espaço-tempo de Minkowski.

No entanto, em quatro dimensões, cada eixo terá um cubo, então as quatro dimensões são multiplicadas por 2 faces, e cada 8 faces formam uma superfície.

Vermelho é o cubo ao qual a dimensão é adicionada

Devido ao aumento da dimensão e à mudança de movimento, a estrutura no espaço de 4 dimensões mudará de várias formas de acordo com o ângulo do observador., e da perspectiva da visão humana, ninguém sabe exatamente qual é a forma real do objeto neste espaço.

Se você ainda não consegue entender muito bem o que está acontecendo no espaço de 4 dimensões, veja o diagrama a seguir.

Concentre seus olhos nesta imagem e você encontrará…

Uma vez que o mundo em que os humanos vivem é um estrutura tridimensional, não podemos compreender verdadeiramente o espaço de 4 dimensões, mas apenas a partir de gráficos matemáticos, e mesmo assim, ainda haverá muitas estruturas incompreensíveis.

Se você está fantasiando sobre entrar no espaço de 4 dimensões, a realidade da situação provavelmente será muito complicada, porque as pessoas que entrarem no espaço de 4 dimensões morrerão rapidamente.

Criaturas 3D no espaço 4-dimensional

Da garrafa de Klein podemos ver que as coisas do mundo tridimensional não existem no espaço quadridimensional. Depois de entrar no Espaço bidimensional, a estrutura atômica de toda a matéria se tornará diferente e os orbitais atômicos conterão mais elétrons.

Assim, nesta dimensão, alguns elementos metálicos tornam-se gases, como o magnésio.

Da mesma forma, nossos corpos sofrem mudanças muito estranhas, onde a maioria dos elementos em que confiamos no corpo falha devido a mudanças nas dimensões espaciais, onde as funções que funcionam corretamente no espaço tridimensional falham.

Teoricamente, as pessoas serão decompostas no espaço 4-dimensional, e assumindo que as pessoas podem viver neste momento, então podemos ver vários fragmentos de corpos se movendo no espaço de 4 dimensões.

As pessoas que entram no espaço de 4 dimensões podem ser assim

De fato, os seres vivos no espaço tridimensional não têm significado no espaço quadridimensional.

Como um exemplo muito simples, um pintor pode desenhar um retrato ou animal muito real em um pedaço de papel, mas a estrutura bidimensional não pode mostrar seus órgãos internos.

Portanto, existe apenas uma “superfície” no mundo bidimensional, e não há conceito de “dentro” e “fora” no mundo bidimensional.

Então, se objetos em 2 dimensões puderem de alguma forma entrar no mundo 3D, eles também entrarão em colapso porque não há suporte tridimensional.

Um conceito semelhante é um exemplo de ser humano, porque depois de entrar na 4 dimensão, não temos 4 dimensões de mãos, pés e corpos, então mudanças de qualquer direção podem destruir o corpo humano.

Diante das complexas mudanças no espaço, o espaço-tempo de Minkowski deu uma explicação razoável e expressou em linguagem matemática, que foi muito grande no século 20.

É também a pesquisa de Minkowski que faz as pessoas perceberem que tempo e espaço são um continuum espaço-tempo e estão acoplados em 4 dimensões.

No entanto, tal gênio e mestre de matemática não conseguiu escapar da dor, e quando Minkowski tinha 44 anos, ele teve que enfrentar a morte devido ao início da apendicite.

Devido à falta de assistência médica na época, a cirurgia não resolveu o problema da apendicite, e ele morreu em 1909.

No entanto, seu aluno Albert Einstein fez um bom trabalho ao trazer o espaço-tempo de Minkowski para sua teoria, que também é seu grande ponto, e finalmente conseguiu a teoria da relatividade.

Talvez a realidade seja como o espaço de 4 dimensões, e nunca sabemos como será a próxima mudança de direção.

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