一场五分钟的思维实验

看见第四维

我们活在三维里,看不见第四维。
但我们可以像侦探一样,从规律切片影子里把它推出来。

往下滑,一步一步来
01 · 规律

每升一维,就是把自己“拖”一下

点拖一下,变成线;线拖一下,变成正方形;正方形拖一下,变成立方体。

那把立方体往一个全新的方向拖一下呢?就得到四维的“超立方体”。

1顶点
0
0

数字的规律很硬:顶点每次翻倍(1→2→4→8→16)。棱等于“旧棱×2 + 旧顶点数”,所以 0→1→4→12→32。我们没见过超立方体,但已经知道它有 16 个顶点、32 条棱。

02 · 切片

高一维的东西穿过你,你只看到“切面”

想象一个活在纸面上的二维小人。一个球穿过这张纸时,他看到的是:一个点冒出来,长成圆,再缩小,消失。

同理,一个四维的球穿过我们的空间,我们会看到:一个小球凭空出现,变大、再变小、消失

二维小人看三维球
我们看四维球
还没碰到正中间已经穿过

对二维小人来说,这是“魔术”;对我们来说,只是一个球路过。四维看三维,也是这样。

03 · 影子

立方体的影子,是“方框套方框”

画在纸上的立方体,其实是它的影子:一个大方框套一个小方框,四个角连起来。远的那面看起来更小。

超立方体投到我们的空间里,也是一样:一个大立方体套一个小立方体,八个角连起来。“小的那个”不是更小,而是在第四个方向上离我们更远。

外层立方体内层立方体第四方向的棱

左右划动画面,可以从别的角度看。

打开“四维旋转”,你会看到内外两个立方体互相穿过、交换位置。看起来像在变形,其实它一点都没变,只是在我们看不见的方向上转了个身。就像转动一个立方体时,它的影子也会“变形”。

04 · 一句话

第四维不是时间,是一个新方向

数学里的第四维,就是一个和长、宽、高都垂直的方向。我们指不出它,但它的规律、切片和影子都能算出来、画出来。

看不见,不等于不能理解。
从低一维的“影子”,推出高一维的样子。

这也是理解很多复杂事情的办法:先看切面,再看投影,最后找规律。