五維空間

五維空間

時間層次和傳統三維空間統一的空間。

與傳統物理學三維空間觀、愛因斯坦相對論四維空間觀相對而言的新的空間觀,是空間觀發展的最新成果,也是前者發展的必然結果。

四維就是四個有聯系的抽象概念組成的,第四個抽象概念是即時間,第四聯系值為速度,而五維是由五個有聯系的抽象概念組成的,第五個抽象概念是曲率。

  • 中文名稱
    五維空間
  • 外文名稱
    Five-dimensional space
  • 適用領域範圍
    宇宙
  • 意義
    科學方法論,對稱邏輯
  • 提出時間
    2003年2月
  • 出處
    《經濟學的形而上學》
  • 別稱
    FDS
  • 提出者
    陳世清
  • 套用學科
    自然科學,數學,社會科學,思維科學,哲學
  • 表達式
    FDS = 0

定義

時間層次和傳統三維空間統一的空間。

與傳統物理學三維空間觀、愛因斯坦相對論四維空間觀相對而言的新的空間觀,是空間觀發展的最新成果,也是前者發展的必然結果。由我國著名學者 陳世清所創立 ,為第一個中國人創立的哲學理論體系《對稱哲學》奠定了理論架構和自然科學基礎,為第一個中國人創立的經濟學理論體系《對稱經濟學》奠定了深層次的方法論基礎。

五維空間

釋義1

傳統物理學的空間概念,就是立體三維空間。愛因斯坦相對論認為,空間和時間可以相互轉化,時間是空間的另一種方式,因而傳統的三維空間加上一維時間,成了四維空間。根據系統論,任何系統都是有層次的。這個層次不僅是傳統物理三維空間中的高度,或可用感官把握的不同的物理層面,而且狹義上指事物的不同深度的本質。它雖然隻有通過人的抽象思維來把握,然而卻是外界事物的客觀存在。同時,這種不同層次的本質也可以隨著時間的推移,而演變成事物發展的不同階段,成為人們感官可以把握的新的物理三維空間。因此,四維空間還應加上層次一維,任何真正的系統都是五維空間。這五維空間的任何一維都可以和其他四維相互轉化。作為事物本質的反映的人的意識空間或心理空間,本質上就屬于這五度空間中的第五維空間--層次空間,而且是高層次的層次空間(意識本身又分成不同的層次,哲學思維的空間是最高層次的層次空間)。它同物質世界的相互轉化,是五維空間相互轉化的具體表現 。

釋義2

五維空間即時間、空間、層次的統一。在五維空間宇宙觀中,時間、空間、層次是對稱的。對稱空間觀是五維空間觀的本質,五維空間觀是對稱空間觀的展開。所以對稱空間觀就是五維空間觀。

從三度空間觀到四度空間觀到五維空間觀,是物理學發展的自然歷史過程。

五維空間觀得到了最新物理學的支持。非線性思維方式的形成、物質的分立結構與量子現象,為五維空間的理論和方法提供了可能的空間基礎。當代基礎物理學理論的核心問題,是破除空間時間連續性的經典觀念,而代之以斷續性的量子思想。二十世紀物理學的一個重要標志性成果,就是把自然界物質最基本的組成物,歸結為36種誇克,12種輕子,13種規範粒子。以上36種誇克,12種輕子,13種規範粒子已經成為當今時代所認識的61種新的"基本粒子"。所有"基本粒子"的運動,仍然遵循著二十世紀物理學革命後所建立的量子規律(基本粒子遵循的量子規律稱為量子場論)。這一規律的特征是粒子在空間中的位置、運動狀態不是確定的,而是呈不連續的量子態。量子躍遷證明了空間維度不可分割。近年來興起的宇宙全息統一論認為:"每一空間量子也都是包含著整個物質世界的信息","任一相對的獨立的部分都是整體的一個縮影。"如果宇宙是全息的,那麽任何一個微觀粒子也就應是五維的,五維空間的真實性沒有例外。如果我們把主客體看成本來就是同屬于不可分的統一的空間架構中,那麽在量子世界中看來不可解決的一系列難題,如微觀世界到底是粒子、波、場還是弦,物質是構成的還是生成的、連續的還是無限可分的,都可迎刃而解。世界本來就是你所看到的,主客體的相互關系不是認識世界的障礙,而就是世界的本來面貌;追究離開主體的客體的本來面目是不可能的,也是沒有意義的;關鍵在于觀察者視覺的穩定性、一致性,思考者邏輯的自洽性。

無論是相對論還是量子力學,其中主觀與客觀、主體與客體、意識與物質之間都有著千絲萬縷、剪不斷理還亂的關系。這本身就說明,用包含意識空間在內、把意識空間與物質空間統一起來的五維空間觀來代替相對論的四度空間觀有必然性。五維空間觀是四度空間觀發展的必然結果。量子理論是愛因斯坦相對論四度空間理論向五維空間理論轉化的中間環節。

五維空間的方法是空間性、歷時性和層次性相統一的方法。五維空間方法是邏輯與歷史一致、還原論與整體論統一。

五維空間方法也得到了科學發展史的證明:在自然科學領域:地質礦石的空間排列,可以反映出地質從本質到現象演化的時間歷史。各種自然力的空間排列,可以反映出自然力從本質到現象演化的時間歷史。各種無機物、有機物的空間排列,可以反映出自然界無機物從本質到現象演化的時間歷史,有機物從本質到現象演化的時間歷史,從無機物向有機物從本質到現象演化的時間歷史。生物科學的空間排列,可以反映出生物從本質到現象演化的時間歷史。在社會科學領域,不同社會文明的空間排列,反映了社會文明從本質到現象發展的時間歷史。在意識科學領域,不同學科、同一學科中不同學派的空間排列,反映了人類知識、各學科發展從本質到現象的時間歷史。

五維空間不僅是方法,而且是模式,它更全面更系統地揭示了事物的本質和結構。從五維空間觀看來,概念和概念體系是客體的本質和規律的反映;從主客體統一的系統來講,概念和概念體系作為科學本質和科學規律,本身就是事物的本質和規律的一環。科學本質和客觀本質的對稱、科學規律和客觀規律的對稱,就是主客體相互關系--認識關系和實踐關系的結構與模式。

五維空間觀具有如下幾個特征:

主體性:空間認識的主體和客體不可分。這種不可分不僅僅是認識論意義上的,而且是本體論意義上的。空間認識的主體和客體不可分是空間不可分割的組成部分。

整體性:空間發展的基本線索,從縱向來看,是空間的起源、空間的發展、空間發展的動力;從層次來看,分為宇觀空間、巨觀空間、微觀空間三大層次;從性質來看,分為自然、社會、意識三大類,自然又分為非生命與生命兩大類型。科學的空間理論,必須對空間發展的不同階段、不同層面、不同類型作出統一的說明。空間包括自然、社會、意識空間。從整體來看,自然、社會、意識是宇宙空間的不可分割的組成部分;從具體來看,自然、社會、意識各自都有自己的空間。完整的空間理論既包含對宇宙整體空間的把握,又必須對自然、社會、意識這三大領域的空間作出科學的、有說服力的說明。在五維空間觀看來,離開意識和社會空間,自然空間不能得到科學的說明。空間觀不包含社會空間觀,把社會空間看成不屬于宇宙空間的另類空間,既是不完整的空間理論,又是不科學的社會理論。

全息性:五維空間的各個維是有機統一的,它們不但不可分割,而且可以相互轉化。正像四度空間的各個維之間的相互關系一樣。隻不過五維空間觀使這種轉化更加自覺,在實踐中也更具有操作性。五維空間的各維之間的關系是全息關系,它們之間的區別隻有在思維的抽象中才能存在,在現實中它們是緊密不可分的。在思維的具體(包括形象思維具體和抽象思維具體)中它們又復歸于一個有機聯系的整體。

系統性:使不同的空間觀、宇宙空間的不同層面的解釋得以有序化、系統化,相互說明,相互協調,從而使宇宙空間的不同層面、不同部分得到完整的把握。

兼容性:五維空間觀可以使迄今為止的所有空間理論得以綜合,使它們在五維空間觀體系中得以合理定位。分度空間的認識方法,是一種非線性思維的方法。以分形(Fractal)、孤子(Soliton)、混沌(Chaos)等為主要特征的非線性科學是繼相對論、量子力學之後"又一次科學革命";非線性科學是研究非線性現象共性問題的一門新興的交叉學科,它的產生標志著人類認識由線性領域進入了非線性領域。非線性科學揭示出來的新事實、新特點和新規律,對人們的思維方式具有重大影響。分度空間理論(弦理論)也說明客觀存在的(甚至作為物理意義的圖形本身)點、線、面,無一不是五維空間(本質維+時間維+物體三維)。無論是巨觀物體,還是微觀物體;無論是波、粒還是弦,都是五維空間。隻有五維空間理論,才能科學地解釋分度空間理論(弦理論)。分度空間理論從邏輯上確證了五維空間的理論,分度空間理論(弦理論)也是傳統四度空間理論向五維空間理論轉化的中間環節。

基礎性:宇宙空間和自然空間、社會空間、意識空間、虛擬空間的關系,社會空間和某一歷史時期、某一區域空間的關系,是本質和現象、整體和部分、一般和特殊的關系。本質決定現象、整體製約部分、一般說明特殊。研究社會這一特定領域的空間、和諧社會這一特定的社會空間、和諧經濟這一特定的和諧社會的空間,必須以一般的五維空間理論為基礎。

釋義3

五維空間,five-dimensional space,空間是一個集合,最基本的元素是點,點的集合是線面體,線面體運動產生了三維體,三維體的運動產生了時間,以此類推。簡單的說五維就是由于四維運動產生,假設四維空間可以對折,那麽對折後的那部分所謂的無,就會由于四維的運動而給填補。

根據愛因斯坦的狹義相對論,特別是其中提出的鍾慢尺縮論斷。當一個物體運動速度接近光速時,物體周圍的時間會迅速減慢、空間會迅速縮小。當物體運動速度等于光速時,時間就會停止、空間就會微縮為點,也就是說出現零時空。當物體運動速度超過光速時,時間就會出現倒流即所謂負時間;空間也會相應回到過去空間,也就是所謂的負空間,這時該物體就進入了負時空,即時空倒流時空倒轉,從而該物體就實現了瞬間移動。

五維空間圖五維空間圖

存在性

愛因斯坦廣義相對論本身預言了:空間-時間在大霹靂奇點處開始,並會在大擠壓奇點處(如果整個宇宙坍縮的話)或在黑洞中的一個奇點處(如果一個局部區域,譬如恆星要坍縮的話)結束。廣義相對論本身不能解釋這些特征或回答這些問題,因為它預言,在大霹靂奇點宇宙是從無限密度開始的。在奇點處,廣義相對論和所有其他物理定律都失效:人們不能預言從奇點會出來什麽。正如以前解釋的,這表明我們可以從這理論中除去大霹靂奇點和任何先于它的事件,因為它們對我們沒有任何觀測效應。空間-時間就會有邊界--大霹靂處的開端。時間和空間在大霹靂開始,在大擠壓終結,那麽在這個過程當中,整個宇宙就存在一個完整的四維空間,時間和空間從開始再到時間和空間結束,時間和空間就在整個宇宙當中留下了一個長長的時間和空間軌跡,那麽這個時間和空間留下的軌跡我們就稱之為時空,那麽什麽是時空隧道(假設時空隧道是存在)呢?我定義為:時間和空間就在整個宇宙當中留下了一個長長的時間和空間軌跡,再次經過時間而留下的一個長長的雙重時間的通道。

表示方法

我們用空間直角坐標系來表示五維空間時,空間時間各為橫軸和縱軸,再加上速度為豎軸,即可形成五維空間參照系。在該參照系中,時間和空間的坐標軸不僅有正軸,還有負軸,同時還包含原點在內。時間和空間在五維空間參照系中存在時間-空間距離,即正負時間和正負空間之間有幾何距離關系(至少在坐標系中理論是這樣的)。

物理維度

事實上的物理維度是多樣的,我們熟知的是三個空間維度和一個常聽說的時間維度。物理中的維度是從數學上定義的。而空間維度應當隻有三維。零維向任意方向(方向是任意的)生長就形成了一維線(直線),一維線沿法線方向(方向在一個平面內,所以是法平面,是二維的)生長就形成二維面,同理,二維面沿法線方向(方向固定了,在一直線上)生長得到三維體。而三維體在空間上已經沒有生長可能,用推論法可知,零維點有三維體為生長方向,一維線有二維平面為生長方向,二維平面有一維線為生長方向。生長方向隨空間維度的升高而遞減。三維體的生長維數為零。所以三維空間不可能生長成四維空間,四維的稱為時空,時間維度是獨立在空間維度之外的物理維度。而這樣的製造是可以科幻一下的。然而也還是幻的成份多一點。因為不同維度的能量顯然是不能交換的,否則永動機就真是有根有據啦。

線是一維的,參數是點。

面是二維的,參數是線。

體是三維的,參數是面。

以此類推,以體為參數構成的空間就是四維空間,通常理解為時空,從很多書中可以看到類似的說法。

那麽以時空為參數構成的空間應該就是五維空間,我們人類能夠感知的隻有4維了。

(第四個維度至今難以定論,但是我們初步認為它是時間。)

維度規律

發現一個規律:

五維空間五維空間

一維的東西能夠容納所謂的零維(直線是由點構成);二維的東西能夠容納一維(紙上可以畫條直線);

三維的東西能夠容納二維(盒子裏放個紙片,但大盒子裏也能裝小盒子);

那麽四維的東西就理所當然的能夠容納3維了。我們人體算3維的,身邊的事物也是。這個世界也可以看做三維的,但是我們無法感知到容納我們的四維。

三維

三維是指在平面二維系中又加入了一個方向向量構成的空間系。

所謂三維,按大眾理論來講,隻是人為規定的互相交錯(垂直是一個很有特徵的理解)的三個方向,用這個三維坐標,看起來可以把整個世界任意一點的位置確定下來。原來,三維是為了確定位置。

三維既是坐標軸的三個軸,即x軸、y軸、z軸,其中x表示左右空間,y表示上下空間,z表示前後空間,這樣就形成了人的視覺立體感,三維動畫就是由三維製作軟體製作出來的立體動畫,實現再發展的趨勢。

所謂的三維空間是指我們所處的空間,可以理解為有前後--上下--左右 如果把時間當作一種物質存在的話再加上時間就是四維空間了。 但是不能理解為,你可以在時間裏任意往來 回到過去 ,隻是應該理解為"剛才"和"現在"是不同的物質存在, 可是你不可能回到"剛才"和"過去" 。

三維是由二維組成的,二維即隻存在兩個方向的交錯,將一個二維和一個一維疊合在一起就得到了三維。

三維具有立體性,但我們俗語常說的前後,左右,上下都隻是相對于觀察的視點來說。沒有絕對的前後,左右,上下。

三維技術主要多運用于動漫產業,我國三維動畫主要有《探索地球村》(據說是中國第一部三維動畫),《魔比斯環》等。

高維模型

四維以上的,屬于高維模型。 高維模型,在數學和物理學中有不同的定義。 在數學上,多維有很多模型。理論上,維數可以很高,模型很多。但是滿足"交換不變"這一性質的很少。所以,有人認為四維空間是物理維度的上限。但是,也有人認為會有更高物理維數。不斷進行思考,這有益智力。因為受到物理條件的約束,因此盡管在數學上,多維有很多模型,可是在物理理論上,維數不可以很高。為了解釋宇宙的有限無邊的性質,我們必須引入多維的概念,一般是四維時空(一對相對組成性質),也有一些其它有限可數的維數,而在物理上成立的模型不多,其思考難度很大,因為這要受到物理現象的約束。

五維空間

一個時間平面。這個時間平面就是五維空間,它是由無數個四維空間根據某一軸線(此軸線形狀不定,不是直線)集合而成的。我們可以想象,一個五維空間的物體,應該是跨越不同時間軸線的,但在任意一個時間軸線上我們隻能觀察到它的一部分。

五維空間的提出,跟暗物質發現是密切相關的。物理學界普遍承認的說法是:暗物質的發現和被證實意味著人類知識能力進入五維空間,是一個質變。譬如,五維空間可能有助于獲得"反物質"能量。那能量有多厲害?科學家們介紹說,一個一分錢硬幣大小質量的"反物質"能量,其能量釋放可使現有特大宇航作業做60次往返,且十分接近光速。就是說呢,這樣一來,不僅太陽系及銀河系的旅行可行,甚至星系旅行、通過時空隧道(蟲洞)做兩個宇宙間的旅行也可以實現了。

更為有趣的是,一旦實現五維空間能源的認識證實和獲得能力,那就意味著進入六維空間的大門開啟了。

六維空間

如果真的有六維空間存在,那麽愛因斯坦的"廣義相對論"就顯示了其理論自身的不完善。 對于人類而言,我們習慣了三維空間的概念,如何能想象和接受六維空間?以水管為例說,當人們站在這根水管的正面看時,水管就是一條直線,我們就隻看到了它的前後,它就是一維的。當人們站在一個平面裏,看這根水管,就能看到水管的上下左右,那麽人們就看到了它就是二維的。當人們在一個立體的空間裏看這個水管,它的前後、左右、上下都收納在我們的眼中,那麽它就是三維的。

可如果人們把這根水管放在兩維的平面中,然後又把這個兩維的平面放在三維空間中,那麽會是什麽樣的呢?于是,科學家把水管想象成像一根頭發絲那樣細,細到無限。科學家認為,六個"隱藏"的空間維度,以極其微小的幾何形狀,卷曲在我們宇宙的每一個點中。

這種觀察六維形狀的方法之所以被發表在《物理評論快報》上,是因為這種方法能證明通過實驗資料來觀察這些難以捉摸的維度形狀特征是可行的。同時,六維空間的存在也是證實"超弦理論"的主要方面。

七維空間

理論提出

根據90年代提出的M理論(超弦理論的一種),宇宙是十一維的,由震動的平面構成的。在愛因斯坦那裏,宇宙隻是四維的(三維空間和一維時間),現代物理學則認為還有七維空間我們看不見。

打比方

打一個比方:一隻螞蟻在一張紙上行走,它隻能向右或向左,向前或向後走。對它來說高與低均無意義,這就是說,第3維的空間是存在的,但沒有被螞蟻所認識。同樣,我們的世界是由四維構成的(三個空間維,一個時間維),但我們沒有覺察到所有其他的維。

看法

根據物理學家的看法還應該有7個維。盡管有這麽多的維,但這些維是看不見的,它們自身卷在了一起,被稱為壓縮的維。為了弄清這種看法,讓我們再以螞蟻為例展開我們的想象。我們可以構想一下,將螞蟻在上面行走的那張紙卷起來,直到卷成一個圓筒形。如果螞蟻沿著的紙壁走,最後它又會回到出發點,這就是壓縮維的一個例子。如果能沿著著名的莫比烏斯帶走,也會發生上述現象,當然,它是3維的,但如果沿著它走過,總是會回到出發點的。莫比烏斯帶從維的角度講是壓縮的,按照物理學它有3個維,但誰在上面行走,都隻能認知人一個維。如果螞蟻不是沿著紙筒彎曲的壁行走,它就永遠不會返回到原出發點。這就是二維(或者說被我們所感知的那種維)的例子,沿著它一直走,就不可能返回到原來的出發點。

五維空間的運用五維空間的運用

八維空間

現代物理學界公認的理論是八維空間,分為X維(物體的長)、Y維(物體的寬)、Z維(物體的高)、時間維、重力維、電磁力維、萬有引力維、萬有斥力維。這一理論由德國物理學家巴克哈德海姆于1957年創立,隨後由其本人進一步地發展與完善,並得到了一些新的成果,其中之一就是總結出了一系列計算基本粒子質量的方程式。1977年他將方程發表,但由于太復雜,竟沒幾個物理學家看得懂,後來經實驗證明了其正確性。由于他的理論多用德語發表,所以大部分物理學家都認為這些論點晦澀難懂,不知所雲,感到丈二和尚摸不著頭腦。1980年,海姆的理論引起了奧地利物理學家沃爾特德呂舍爾的註意,他仔細研究後,對理論作了詳盡的解釋,並進一步完善,于是就有了今天公認的海姆-德呂舍爾空間,即一種八維的宇宙空間結構(我們就處于這一空間內)。

在劃定四維以上時,還有我們很多解釋不了的地方,高維模型也是相當難完成。

十一維

霍金提出了他的宇宙模型,給出了11維空間,認為要描述宇宙,X、Y、Z和T(時間)4個未知數是不夠的,要加到11個未知數之後,才能夠解釋宇宙的很多結構。另一種說法,宇宙十一維是愛德華·維頓提出來的。這些"維"同樣是天文學家無法探測的。另外,在劉慈欣的《三體》中也談到了十一維是微觀粒子。

時速論

愛因斯坦的相對論把時間與空間聯系起來了。認為物理的現實世界是各個事件組成的,每個事件由四個數來描述。這四個數就是它的時空坐標t和x、y、z,它們構成一個四維的剛性連續時空,通常稱為明可夫基裏平直時空。在相對論中,用四維方式來考察物理的現實世界是很自然的。而時速論 把空間與時間、速度聯系起來了。認為物理的現實世界是各個事件組成的,每個事件由五個數來描述。這五個數就是它的時空坐標t、v和x、y、z,它們構成一個五維的連續時空,通常稱為時速時空。在時速論中,用五維方式來考察物理的現實世界是很自然的。時速論導致的另一個重要的結果是關于宇宙空間和時間時速的關系。在以前,物理學家一直認為宇宙空間和我們感受到的物體空間是一樣的,它們是就是宇宙空間的量。在時速論中空間與速度時間密不可分,然後結合為一個定律。他給出了一個五維空間公式:S=Vkt,其中V為物體的空間體積,k是物體運動的速度,t為物體運動的時間。于是質量隻是可以看作是它的空間大小的量度。計算表明,宇宙的空間是在不斷的膨脹

還是用相對論的一個例子來理解,我們知道一把尺子靜止的時候是在三維(長寬高)空間裏,但你原地旋轉它時,它的各坐標值均發生了變化,且坐標這就是四維的時間維度,而我們讓尺子一邊轉一邊以一定的速度往上拿起來,我們會看到尺子的運動軌跡是螺旋的,而這正是我們所說的五維--速度維度。

對于引入的這些全新的概念,大部分物理學家,其中包括相對論研究學者,都覺得難以接受。舊的思想方法的障礙,使這一新的物理理論在沒有找到驗證辦法之前一直被認為不是科學思想,直到推導出了可驗證的公式才發表出來。

驗證:

1.與相對論公式算GPS相對時間符合

去除時速論公式裏面密度誤差與相對論裏面速度計算的誤差,帶入時速論時間公式(ρh)^-2/c得到的結果是0.0000418647秒,約等于42微秒,而用相對論計算衛星的時間變化是0.000038秒,就是38微秒,在誤差允許的情況下,得到的這個結果或許不是一個巧合。

2.極的時間要比南極的時間走得慢

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