用最簡單的回答就是：四維空間比三維空間裝得更多。普通人，把四維空間用來裝妖魔鬼怪；作家，把四維空間用來裝科幻故事；而科學(xué)家，把四維空間以及高維空間，用來裝這世上已發(fā)現(xiàn)的自然定律。
四維空間的簡單定義
簡單來說，過空間一點，能夠形成4條相互垂直的線，這樣的空間就叫做四維空間。
而就我們的日常認(rèn)知來說，顯然過一點只能出現(xiàn)三條相互垂直的線，這是因為我們生活的空間是一個三維空間。
我們無法想象，在三個維度上還會有另外有一個維度，垂直其他三個維度。
所以就目前的情況來看，四維空間是以數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來的一個概念，以及其他高維空間，我們都無法確定，也無法檢驗。
四維空間的優(yōu)勢
1、因為多出了一條維度，所以四維空間會比三維空間，有更大的包容力。
打個比方來說，在一個固定面積的二維平面上面，如果放滿了東西，還要繼續(xù)堆東西就只能往上堆了，所以三維空間比二維空間“大”。
所以說高維空間會比低維空間，能裝更多的東西。
2、高維空間預(yù)示著從一個地方到另外一個地方，有更多的運動軌跡可以走。
比如，三維空間相對于二維空間，從a點到b點，會有更多的路徑可以走。而且多出來的通過第三維的路徑會呈指數(shù)級增長。
所以，如果一個人可以在四維空間里面行走，他就可以在我們的世界里原地消失，然后又在另一個地方瞬間出現(xiàn)。
3、通過四維空間，可以將三維空間折疊，實現(xiàn)時空穿梭。
就像一張紙上的兩個點，可以通過對折紙張而重合。所有的蟲洞理論都可以通過四維空間來實現(xiàn)。
當(dāng)然，上面的一切都只是推論，沒法證實也無法證明。而且，上面這些優(yōu)勢，都是我們腦補(bǔ)的，真正的物理學(xué)上的高維空間，都是卷縮在普朗克長度（10^-35m）下的，也就是說對我們現(xiàn)實生活沒任何影響。
四維的物體是什么樣的？
最早把四維物體可視化的人，叫做辛頓。他發(fā)明了一種新的立方體：辛頓立方體，可以理解為四維物體分拆之后，在三維空間的一個投影。
1909年，《科學(xué)美國人》舉辦的一場名為“給四維做出正確且通俗的解釋”大賽，讓辛頓聲名大噪！成為了世界公認(rèn)的讓四維物體可視化的第一人。
而且辛頓把存在于四維空間里的立方體，命名為超立方體。
而超立方體與三維空間的立方體最大的區(qū)別在于，超立方體的每一個面，都相當(dāng)于一個三維立方體。
超立方體的這種形象認(rèn)知，是辛頓以“線組成面，面組成體，體組成超體”的這種思路，推導(dǎo)出來的。
四維思想的起源
最早的四維空間認(rèn)知，來源于1854年，黎曼的那一場著名的哥廷根大學(xué)就職演講：論幾何的基礎(chǔ)。
隨后黎曼幾何動搖了歐幾里得幾何的統(tǒng)治地位，成為了一門風(fēng)靡全球的幾何學(xué)，并把開啟了高維空間的概念。黎曼成為了第一認(rèn)為，力是空間扭曲結(jié)果的人。
而隨后，四維空間思想席卷了全球。在1910年，神秘的四維成為了家喻戶曉的談資。
四維空間以及高維空間的實際用處。
目前，除了我們生存的三維空間以外，其他的各種維度空間實際上都只是一種數(shù)學(xué)概念。
愛因斯坦把時間作為第4維，可看成一個特例。因為時間維度和空間維度最大的不同是，時間是一個單向的維度。
但愛因斯坦將時間作為第4維，引入了物理學(xué)界，讓后面的物理學(xué)理論發(fā)展看到了一個新的方向。
不少人發(fā)現(xiàn)在引入高維空間后，自然定律可以被描述得更加簡單，而且之前認(rèn)為不可相容的理論可以合并，并通過幾何學(xué)的方式加以解釋。
最早看到這一點的人，是一個叫卡魯扎的不知名數(shù)學(xué)家。他利用第5維統(tǒng)一了愛因斯坦場方程和麥克斯韋場方程，后來被完善成為卡魯扎-克萊茵理論，然后弦理論運用26維空間，統(tǒng)一了基于量子力學(xué)發(fā)展起來的“標(biāo)準(zhǔn)模型”和愛因斯坦相對論。
所以說，目前前沿的理論物理學(xué)，幾乎都是以高維空間的思想，來統(tǒng)一原有的自然定律。因為在三維空間里，這些自然定律無法相容，甚至矛盾，而只有把它們放在高維空間之下，利用高維空間里的超對稱性，才可以把他們?nèi)诤辖y(tǒng)一。
總結(jié)
可以這么說，三維空間是我生存的空間，而在三維空間里，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了各種各樣的描述自然現(xiàn)象的物理定律。
然后有人發(fā)現(xiàn)這些不同的定律，其實有些是可以合并的，也就是說可以統(tǒng)一來表述。為此物理學(xué)家們認(rèn)為，我們世界里的所有自然定律，應(yīng)該最后都能被統(tǒng)一成一個大一統(tǒng)理論。
比如，通過四維空間我們可以描述量子們神乎其神的運動狀態(tài)；紛繁復(fù)雜的“標(biāo)準(zhǔn)模型”粒子們也可以在高維空間里，被統(tǒng)一簡單描述；26維的弦理論可以推導(dǎo)出愛因斯坦的方程式。
所有的自然定律似乎都能在高維空間里統(tǒng)一。為了追尋這個大一統(tǒng)理論，為了讓這些物理定律的描述更為簡單、簡潔，甚至把各種不同的理論進(jìn)行統(tǒng)一闡述。物理學(xué)才引入了高維空間，因為只有在高維空間之下，這些物理學(xué)定律才能被更簡單的描述，以及統(tǒng)一。
聯(lián)系客服
