四维空间与三维空间的区别是什么？

滴滴

11-22

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偶来答一发吧！

按照我们的认知，二维空间，是由无数的一维“空间”在一个面上展开得到的，三维空间是无限多的二维空间，在长宽高三个维度中展开得到的，那么四维空间呢，那可能就是无限多的三维空间所构成的。

如果这样理解有些难度，可以换一个方式：

一维的线卷曲之后就变成了二维，二维的A4纸卷曲就得到了三维，如果把三维卷曲起来，那就得到了四维。

一维变二维，你可以理解为两个一维点的重合。就像一个钢丝，首尾相接，两个点共享一个点，你就得到了一个二维的铁圈。

二维变三维，也是两个二维的点共享了同一个位置，在这里，它既是A点又是B点。那三维变四维呢？那就意味着，两个三维世界的点，会在某个位置重叠起来，这个点既在北京，同时也在上海，既在地球，同时又在火星。

确实有些神奇了！

还有一个例子：莫比乌斯环和克莱因瓶。

上图是莫比乌斯环，它是一个在某个方向上无尽的二维平面，如果你是个二维人，从三维看，你会永远在环的正反面转圈。你自己也犯嘀咕，以为世界就是这样的，没有穷尽。

同样，下方的克莱因瓶。它展现的是某个方向上无尽的三维空间，从角度看，我们三维人会永远在克莱因瓶的两个空间中穿梭，我们仿佛感觉到，这个瓶子仿佛是无穷无尽的。

这就是四维和三维的差别。

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其他网友回答：

四维空间一直是人类科学家和科幻迷们心心向往的一个地方，因为我们感知到的世界是三维的，所以四维空间我们的大脑是想象不出来来的，但是也正因为如此，科学家们才要研究四维空间。

我们都知道一张没有厚度的纸就是二维空间，在二维空间中任何东西都是长短不一的线段，身为三维生物的我们只需要画一个圆圈就能把二维生物困在里面一辈子，这就是因为我们三维世界比二维多一个方向。

如此推测下来，四维空间也会比三维空间多一个方向，如果在现实世界中把一个人锁起来，那么就需要做一个笼子把这个人的上下左右所有空间都和外部空间隔离，如此一来就把一个三维生物困住了，但是用这种方法是困不住四维生物的，因为四维生物天生就比我们多一个方向，它除了上下左右外肯定还有一个我们无法理解的方向，这样一来四维生物就能轻轻松松的离开这个笼子，就好像我们三维生物离开二维的圆圈一样。

四维空间和三维空间最大的区别就在于多了一个维度，这个维度让四维生物在三维空间中所向无敌，三维空间没有任何东西可以困住四维生物，所以说四维和三维最大的区别就多了一个方向。

遗憾的是我们人类用来思考的大脑天生就是三维的，从来没有经历过四维空间是什么样子，人类目前只能在数学上表示或者在计算机中不很准确的模拟四维空间。

其他网友回答：

这个问题用最简单的回答就是：四维空间比三维空间装得更多。普通人，把四维空间用来装妖魔鬼怪；作家，把四维空间用来装科幻故事；而科学家，把四维空间以及高维空间，用来装这世上已发现的自然定律。

四维空间的简单定义

简单来说，过空间一点，能够形成4条相互垂直的线，这样的空间就叫做四维空间。

而就我们的日常认知来说，显然过一点只能出现三条相互垂直的线，这是因为我们生活的空间是一个三维空间。

我们无法想象，在三个维度上还会有另外有一个维度，垂直其他三个维度。

所以就目前的情况来看，四维空间是以数学推导出来的一个概念，以及其他高维空间，我们都无法确定，也无法检验。

四维空间的优势

1、因为多出了一条维度，所以四维空间会比三维空间，有更大的包容力。

打个比方来说，在一个固定面积的二维平面上面，如果放满了东西，还要继续堆东西就只能往上堆了，所以三维空间比二维空间“大”。

所以说高维空间会比低维空间，能装更多的东西。

2、高维空间预示着从一个地方到另外一个地方，有更多的运动轨迹可以走。

比如，三维空间相对于二维空间，从a点到b点，会有更多的路径可以走。而且多出来的通过第三维的路径会呈指数级增长。

所以，如果一个人可以在四维空间里面行走，他就可以在我们的世界里原地消失，然后又在另一个地方瞬间出现。

3、通过四维空间，可以将三维空间折叠，实现时空穿梭。

就像一张纸上的两个点，可以通过对折纸张而重合。所有的虫洞理论都可以通过四维空间来实现。

当然，上面的一切都只是推论，没法证实也无法证明。而且，上面这些优势，都是我们脑补的，真正的物理学上的高维空间，都是卷缩在普朗克长度（10^-35m）下的，也就是说对我们现实生活没任何影响。

四维的物体是什么样的？

最早把四维物体可视化的人，叫做辛顿。他发明了一种新的立方体：辛顿立方体，可以理解为四维物体分拆之后，在三维空间的一个投影。

1909年，《科学美国人》举办的一场名为“给四维做出正确且通俗的解释”大赛，让辛顿声名大噪！成为了世界公认的让四维物体可视化的第一人。

而且辛顿把存在于四维空间里的立方体，命名为超立方体。

而超立方体与三维空间的立方体最大的区别在于，超立方体的每一个面，都相当于一个三维立方体。

超立方体的这种形象认知，是辛顿以“线组成面，面组成体，体组成超体”的这种思路，推导出来的。

四维思想的起源

最早的四维空间认知，来源于1854年，黎曼的那一场著名的哥廷根大学就职演讲：论几何的基础。

随后黎曼几何动摇了欧几里得几何的统治地位，成为了一门风靡全球的几何学，并把开启了高维空间的概念。黎曼成为了第一认为，力是空间扭曲结果的人。

而随后，四维空间思想席卷了全球。在1910年，神秘的四维成为了家喻户晓的谈资。

四维空间以及高维空间的实际用处。

目前，除了我们生存的三维空间以外，其他的各种维度空间实际上都只是一种数学概念。

爱因斯坦把时间作为第4维，可看成一个特例。因为时间维度和空间维度最大的不同是，时间是一个单向的维度。

但爱因斯坦将时间作为第4维，引入了物理学界，让后面的物理学理论发展看到了一个新的方向。

不少人发现在引入高维空间后，自然定律可以被描述得更加简单，而且之前认为不可相容的理论可以合并，并通过几何学的方式加以解释。

最早看到这一点的人，是一个叫卡鲁扎的不知名数学家。他利用第5维统一了爱因斯坦场方程和麦克斯韦场方程，后来被完善成为卡鲁扎-克莱茵理论然后弦理论运用26维空间，统一了基于量子力学发展起来的“标准模型”和爱因斯坦相对论。

所以说，目前前沿的理论物理学，几乎都是以高维空间的思想，来统一原有的自然定律。因为在三维空间里，这些自然定律无法相容，甚至矛盾，而只有把它们放在高维空间之下，利用高维空间里的超对称性，才可以把他们融合统一。

总结

可以这么说，三维空间是我生存的空间，而在三维空间里，科学家们发现了各种各样的描述自然现象的物理定律。

然后有人发现这些不同的定律，其实有些是可以合并的，也就是说可以统一来表述。为此物理学家们认为，我们世界里的所有自然定律，应该最后都能被统一成一个大一统理论。

比如，通过四维空间我们可以描述量子们神乎其神的运动状态；纷繁复杂的“标准模型”粒子们也可以在高维空间里，被统一简单描述；26维的弦理论可以推导出爱因斯坦的方程式。

所有的自然定律似乎都能在高维空间里统一。为了追寻这个大一统理论，为了让这些物理定律的描述更为简单、简洁，甚至把各种不同的理论进行统一阐述。

物理学才引入了高维空间，因为只有在高维空间之下，这些物理学定律才能被更简单的描述，以及统一。

其他网友回答：

简单地说，区别就是一个是虚构的，一个是实实在在存在的。

我们生活在实实在在的三维空间，但许多人好高骛远，很想看看四维空间是什么样子，但那个地方只可意会不可言传。许多人对四维空间有过描述，有的惟妙惟肖。如刘慈欣在自己的《三体》小说中，是这样描述四维空间的：

有过亲身经历的人都一致同意，置身四维空间的感觉是不可能用语言来描述的，他们甚至断言，四维感觉是人类迄今为止所遇到的唯一一种绝对不可能用语言描述的事物。人们总是喜欢用这样一个类比：想象生活在三维空间中的一张二维平面画中的扁片人，不管这幅画多么丰富多彩，其中的二维人只能看到周围世界的侧面，在他们眼中，周围的人和事物都是一些长短不一的线段而已。只有当一个二维扁片人从画中飘出来，进入三维空间，再回头看那幅画，才能看到画的全貌。

这个类比，其实也只是进一步描述了四维感觉的不可描述。首次从四维空间看三维世界的人，首先领悟到一点：以前身处三维世界时，他其实根本没看见过自己的世界，如果把三维世界也比做一张画，他看到的只是那张画与他的脸平面垂直放置时的样子，看到的只是画的侧而一条线；只有从四维看，画才对他平放了。

他会这样描述：任何东西都不可能挡住它后面的东西，任何封闭体的内部也都是能看到的，这只是一个简单的规则，但如果世界真按这个规则呈现，在视觉上是极其震撼的。

当所有的遮挡和封闭都不存在，一切都暴露在外时，目击者首先面对的是相当于三维世界中亿万倍的信息量，对于涌进视觉的海量信息，大脑一时无法把握。他们看到的是并列出无限细节的人体，可以看到所有的骨骼和内脏，可以看到骨骼里的骨髓，可以看到血液在心脏心室间的流动和瓣膜的开闭，与对方对视时，也可以清晰地看到眼球晶状体的结构......但“并列”这个词同样可能引起误解，人体各部分的物理位置并没有任何变化，皮肤仍然包裹着内脏和骨骼，每个人在三维世界中的熟悉形象还在，是细节的一部分，与其他无限的细节并列在一起。

“你们注意手不要乱动，不小心可能会触到别人的心脏或自己的内脏。”褚岩说，“不过只要不用力也问题不大，可能有点儿疼或恶心，有时还会造成轻微的感染。也别乱动周围的东西，除非你确实知道那是什么。现在飞船上的一切都是裸露的，你可能触到高压电缆或高温蒸汽什么的，还可能接触到集成电路，造成系统故障。总之，对于三维世界来说你们现在有神一样的力量，但必须经过一段时间对四维的适应，才能使用这种力量。”

各位从中想象出这个四维空间，是一种什么样的空间呢？很神奇但很难理解吧？实际上，在我们世界，根本无法描述出四维空间真实的样子，因为这个“真实”存不存在并没有人知道。也就是说，不同维度的空间，根本无法知晓另一个维度空间的样子。

各种维度空间的理论描述

在数学模型中，有0维到若干维的描述。一般零维就是一个点，但这个点不是我们通常用笔在纸上点一点的那个点，零维的点是一个无限小的点，这个小小到没有直径或长宽高，可以理解为一个无体积的点，就比如我们常说的引力质点或者奇点。而用笔点一点的那个点，无论是纸张还是点的那个点，都是有面积和体积的，尽管这个体积很小，但还是有体积。

而一维空间就是一根线，这根线却不是我们通常理解的缝衣线或者用笔画的那根线，而是一个只有长度，没有粗细，也就是没有直径或者说宽和高的线，因此也是没有体积的；二维空间是一个面，就像一张纸，但却不是纸，也不是最薄最薄的膜，这个面有长和宽，却没有厚度，因此是有面积而没有体积。

零维、一维、二维对于我们生存的世界来说，属于低维空间。我们的世界属于三维空间，比二维多了一维，这一维很关键，让我们有了立体感，或者说我们看到的世界依然是平面的，但我们可以描述立体世界。

为什么这么说呢？因为我们看到的物体，依然只能看到其正面，而看不到其后面，只是由于有了两只眼睛，可以看到更多不同的侧面而已；但我们有了高低概念，就可以描述出物体的立体形象。

低维空间的生物如何存活？

数学中描述的零维和一二维空间的样子，如果有生命或文明存在，它们的生存状态怎么理解？在我们三维世界能够理解吗？有许多人设想过这种空间的生物是个什么样子，甚至一些科学家，如已逝的物理学家霍金，也做过设想。

现在流传的大同小异的说法是，零维和一维根本无法想象。而在二维空间，生物的视角只有一个维度，它们看到的永远是一条前方的线段，相遇无法让道逾越。因为它们都在一个没有厚度的平面上，所有遇到的“线段”都能挡住它；因而，那里的生物无法具备消化器官，因为如果有一根从嘴巴到肛门的消化器官，就会将身体分为两半。

那么它们如何进食生存呢？即便不需要进食只需要吸收能量，如果有能量从某一边辐射过来，又如何进入这种生物身体呢？因为这种生物没有厚度，一个电子的厚度也没有，能量如何进入呢？

所以，如果真的有低维空间和低维文明，在我们三维世界，是无法想象其状态的。但刘慈欣有办法，在他的《三体》小说中，描述了二维世界的样子：高层次文明向太阳系丢过来一个二向箔，这是一种降维武器，在二向箔的降维打击下，太阳系被降为二维世界，每一个星球乃至每一个原子都压扁铺开，就像梵高在精神病院所画出的代表作《星月夜》的样子。

小说还在另外的章节描述了高级文明为了应对更高级文明的打击，将自己降维到二维生物，苟延残喘。

这些描述充满了矛盾。因为即便一个原子被压成了二维，也就是没有了厚度，其面积也是不可想象的。一个原子直径约10^-10m（米），也就是厚度为10^-10m；普朗克尺度约为1.6*10^-35m，比原子小了25个数量级。也就是说1个原子被压扁成一个1.6万亿千米直径的大圆圈时，也还是有普朗克厚度的。

几个原子被压扁到普朗克尺度，就成了光年级的圆饼了，而一个尘埃就由亿亿个原子组成，整个太阳系被压成二维，那将是一个什么场景，实在无法描述。

实际上，如果真有二维世界，连基本粒子和光子也被压成了无厚度，也就是不存在了，又是什么组成了所谓的生命和文明呢？而一个原子甚至一个电子，展开成无厚度的平面后，都会成为无限大，会包裹整个宇宙，怎么可能再看到太阳系像梵高的《星月夜》样子呢？

因此我们就不要自作聪明地瞎猜了，低维世界或者说空间根本就是我们无法理解的，什么消化道之类的完全就是扯淡。

因此，人类只能理解三维世界。

因为我们就处于三维世界，我们看到的物体都是实实在在的三维物体，包括一只蚂蚁或一个病毒，都是三维存在。三维世界的数学解释就是有长宽高三个维度，就撑起了我们通常说的“空间”，在这个立体空间里，宇宙万物生生灭灭的动态存在着，而标示这种存在的过程就是时间。

由此，时间是三维空间的一维轴，贯穿在由x、y、z三个维度撑起的空间中一路向前，有去无回。这就是闵可夫斯基描述的四维时空。

爱因斯坦的狭义相对论赞同闵可夫斯基四维时空的说法，但把时间、空间、物质、运动有机的柔和在一起，认为我们的世界四位一体不可分割的，是相互依存并且具有相对性原理的存在。而在广义相对论中，爱因斯坦又把质量导致的时空弯曲，表述为我们宇宙运动变化的根本。

这就是三维空间的本质。闵可夫斯基的四维时空本质上就是动态的三维空间，与所谓四维空间是性质完全不一样两个概念。

不同维度空间的理解和区别

四维空间在数学和物理学里面又叫“欧几里得四维空间”，也就是在三维空间的x、y、z维度上，增加一维同一性质的维度，没有人能够对这个多出的维度怎么安放得出令人满意的答案，也没有人能够给四维空间一个足够准确星系的认知，有人认为，或许人们能够看到四维空间现象，却无法想到这就是四维空间。

有人用莫比乌斯环和莱茵瓶企图打开人类想象，一只蚂蚁的视界可能是平面的，我们可以把它理解为二维生物的视野，它们只有前后左右的概念，没有上下的概念，因此，蚂蚁在纸张平面上爬行，如果不爬出边界，是无法到达另一面的。

但如果弄成一个莫比乌斯环，它就能一直爬行无须越过边界，也可以到达平面的另一面，而且会回到原点；而克莱因瓶只是一种思想实验，在这个莱茵瓶里，无须打破表面，里面的物质可以到达内外表面的任何地方，则象征着一个四维空间。但事实上，在我们三维世界，永远也无法做出真正的莱茵瓶。

但这种想象依然只是三维空间的思维：人们认为三维空间看二维空间一目了然，可以看到一只在二维表面生物的前后左右和上下，并且只要轻轻提起这只二维生物，就可以让其越过任何障碍到达另外的空间；四维空间的物体就像三维空间的人类对待二维生物一样，可以看到我们的过去未来，随意改变我们所处的时空位置。

我们用更通俗的比喻可以描述二维和三维空间生物的存在方式：

在二维世界，因为不知道高度的存在（实际上也没有），三维生物要困住它们只要在它们周围画一个圈，它们就无法逃脱，但三维世界的人随便一抓就可以轻易把它们从圈中提出来，而它的同伴会发现这根线条突然就不见了；而在三维世界，要困住一只老虎或者犀牛，则除了在它们周围画一个圈，这个圈还需要高出平面，甚至做成有顶的栅栏，从地面和高度都把它们围起来。

理论上，四维空间的生物或者说存在“看到”三维生物，哪怕是被封闭起来的老虎或犀牛，也是开放的，随意可以取出的，而且一旦被四维生物“救走”，我们会发现这些动物就是突然不见了，很是诡异。但这种取出如何进行呢？四维存在的物体又是如何能够封闭住的呢？事实果真会如此吗？谁也不知道。

奇妙的11维宇宙是真的吗？

现在有一种理论，叫M理论，是宇宙超弦理论的一种。这种理论认为，我们宇宙是11维的，由振动的平面组成。我们现在能够感知的只有4个维度（包括时间维），这是因为其余的7个维度都已经卷曲了，被压缩的极小，这些被卷曲压缩得极小物质就是“弦”，这些弦的尺度远远小于我们认知的最小粒子。

这些理论听起来真的很玄，但有许多科学家认同，而且认为是未来解开大统一理论钥匙。这些理论肯定不是普通老百姓认为的凭空想象，而是有许多复杂公认理论支撑的理论，这些理论很枯燥很难通俗，这里就不展开了说了。

有人认为，弦理论最终可以解开许多当前的未解之谜，如引力、黑洞、超自然力、时空通道等等，这些在我们三维世界看起来很烧脑的东西，在更高的时空中，就是一些最简单的事情；还有人认为，所有基本粒子，包括费米子、轻子、玻色子、希格斯粒子等等，都是弦组成，我们世界就是由这些弦组成，这些弦不同的振动形式，表现为相应不同的粒子，这些弦有开弦有闭弦，引力子就是闭弦。

还有人认为，在三维空间，光速就是一个天花板，只有突破这个天花板，才能够到达更高的时空。而在高维时空，光速则是最低速度。

这个理论和量子力学的一些理论也被一些神鬼玄说者们所利用，他们认为这些理论有可能解开世界各种奇奇怪怪的未解之谜，如特异功能、穿越、鬼神等等。但我认为，我们都在三维世界，就必须服从三维世界的规则，高维世界的东西到底存不存在，只能在数学和物理理论中去探讨，永远都无法证实。

因此，让我们回归自己的世界，老老实实吃喝拉撒，才是正理。你说呢？欢迎讨论拍砖。

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其他网友回答：

人类的大脑只能感知到三个空间维度，但在超弦理论看来，空间的维度可达十个。不过，我们就连第四个空间维度都无法感知到，更何况是另外其他更高的空间维度。虽然高维无法想象，但可以用低维做类比来进行推测。

二维空间是一种没有厚度的平面，如果沿着没有厚度的方向堆叠起无数个二维平面，这样就成了三维空间。倘若二维空间中存在着二维生物，他们是无法感知到第三个维度的存在。但身处三维空间中的我们能够从第三个维度直接看到他们的内部，从三维看二维不会有内外之分。

如果我们把二维生物从二维平面上拿起来，他们看起来就从二维空间中突然消失了一样。如果把他们再放回二维平面，他们看起来又突然出现在二维空间中。

同样的道理，如果四维空间存在，那么，沿着第四个维度方向堆叠其无数个三维空间，得到的就是四维空间，只是我们无法想象第四个方向。人类的大脑只能感知到二维投影，所以我们看不到三维物体的内部和背面。但如果四维空间中存在着四维生物，他们将会感知到三维投影，他们可以从另一个维度来看到三维物体的内部和背面。

另外，需要注意的是，爱因斯坦在相对论中所说的四维时空与上述所说的四维空间是有很大区别的。在相对论的四维时空中，三维空间和一维时间被认为是一个整体，这是所谓的闵可夫斯基空间。

其他网友回答：

我们通常说的“三维空间”是指三坐标立体几何空间，我们生活的环境就是三维的，3D动画就是这样来的。而“四维空间”一般是指在三维坐标上再加入一个时间坐标所形成的四坐标空间，而我们的生活是由时间和空间组成的，也就可以说成我们生活在四维空间。

其他网友回答：

地球上的其他生物不必去说，至少人类是无法感知四维空间的，我们的思维限制只能理解三维空间也就是长宽高。对于四维空间只能通过类比的方式推出来，例如一维空间是有两个端点的直线，而二维空间是有四个端点的矩形，三维空间就是八个端点的立方体，那么四维空间就可能是十六个端点的超立方体，大家都看过超立方体的动态模型如下：

但实际上四维空间是否存在无法确定，这个展现在三维空间中的四维模型也只是一个类似形状。就例如克莱因瓶，这是一种存在于四维空间中的物体，在三维空间中制作出的克莱因瓶就只是一种类似的形状，这个克莱因瓶在三维空间中是有相交的位置，这个相交的位置如果多出一个空间维度，那么就可以避免相交，那才是真正的克莱因瓶。

所以说很简单的道理，所有在三维空间中给出的四维空间模型，都是有缺陷的，这就是空间维度之间的限制难以跨越。关于高维空间是否存在目前仍是存疑状态，研究高维空间的是弦理论。上个世纪八九十年代弦理论出现，认为宇宙是25维时空的，随着发展超对称的加入出现超弦理论，该理论认为宇宙是10维时空的。而在超弦理论中发展起来的M理论，认为宇宙是11维时空的。其中四维时空是我们熟知的，能宏观表现出来的，而其它七个维度的空间是蜷缩在微观世界中的，只是它们的尺寸可能小于普朗克尺寸。

三维空间和四维空间的不同之处，显而易见是多了一个空间维度，但正是这样一个空间维度就是另外的一个世界。在大刘《三体》中层出现过一个片段，也就是“偷心贼”的故事，一个人被偷去了心脏但是在外观上却并没有任何的伤口痕迹，那么显而易见心脏是被从第四个空间维度取走的。这样的“能力”对于生活在三维空间中的生物来说就是一种神迹，或者直接就用“未解之谜”来代替了。