五維空間

傳統物理學的空間概念，就是立體三維空間。自從愛因斯坦相對論問世以來，空間和時間就是不可分割的整體。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物理層面，而且狹義上指事物的不同深度的本質。它雖然只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着時間的推移，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，即五維空間。 ^[2] 

時間、傳統三維空間、層次統一的空間理論，是繼傳統物理學三維空間觀、愛因斯坦相對論四維空間觀後空間觀發展的新的里程碑。 ^[3] 

時間、空間、層次統一的五維空間關係是宇宙事物存在的基本屬性，世界上的任何事物都是以五維空間結構存在；這五維空間的結構不是靜態的，而是動態的。時間、空間、層次維度不是孤立的，而是相互轉化的。事物就是通過這五維空間的相互轉化來實現發展的。五維空間結構的對稱分析方法是認識事物必備的基本方法。 ^[4] 

根據五維空間理論和方法建構起來的模型與發展模式。 ^[3] 

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。 ^[5] 

從三度空間觀，到四度空間觀，再到五維空間觀，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誌性成果，就是把自然界物質最基本的組成物，歸結為36種夸克，12種輕子，13種規範粒子。以上36種夸克，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，仍然遵循着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）。這一規律的特徵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着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，那麼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於不可分的統一的空間架構中，那麼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，主客體的相互關係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；關鍵在於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着千絲萬縷、剪不斷理還亂的關係。這本身就説明，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，就是主客體相互關係—認識關係和實踐關係的結構與模式。

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、宏觀空間、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説明。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、有説服力的説明。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説明。空間觀不包含社會空間觀，把社會空間看成不屬於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係一樣。只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係是全息關係，它們之間的區別只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）中它們又復歸於一個有機聯繫的整體。

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，相互説明，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)等為主要特徵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，它的產生標誌着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）也説明客觀存在的（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）。無論是宏觀物體，還是微觀物體；無論是波、粒還是弦，都是五維空間。只有五維空間理論，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、虛擬空間的關係，社會空間和某一歷史時期、某一區域空間的關係，是本質和現象、整體和部分、一般和特殊的關係。本質決定現象、整體制約部分、一般説明特殊。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。

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。簡單的説五維就是由於四維運動產生，假設四維空間可以對摺，那麼對摺後的那部分所謂的無，就會由於四維的運動而給填補。

根據愛因斯坦的狹義相對論，特別是其中提出的鐘尺縮論斷。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。當物體運動速度等於光速時，時間就會停止、空間就會微縮為點，也就是説出現零時空。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，即時空倒流或時空倒轉，從而該物體就實現了瞬間移動。

愛因斯坦廣義相對論本身預言了：空間—時間在大爆炸奇點處開始，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徵或回答這些問題，因為它預言，在大爆炸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麼。正如以前解釋的，這表明我們可以從這理論中除去大爆炸奇點和任何先於它的事件，因為它們對我們沒有任何觀測效應。空間—時間就會有邊界—大爆炸處的開端。時間和空間在大爆炸開始，在大擠壓終結，那麼在這個過程當中，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，那麼這個時間和空間留下的軌跡我們就稱之為時空，那麼什麼是時空隧道（假設時空隧道是存在）呢？我們定義為：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。

我們用空間直角座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，時間和空間的座標軸不僅有正軸，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係（至少在座標系中理論是這樣的）。

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説的時間維度。物理中的維度是從數學上定義的。而空間維度應當只有三維。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。然而也還是科幻的成份多一點。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説法。

那麼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只有四維了。

（第四個維度至今難以定論，但是我們初步認為它是時間。）

發現一個規律：

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）；

那麼四維的東西就理所當然的能夠容納三維了。我們人體算三維的，身邊的事物也是。這個世界也可以看作三維的，但是我們無法感知到容納我們的四維。

三維是指在平面二維繫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，只是人為規定的互相交錯（垂直是一個很有特性的理解）的三個方向，用這個三維座標，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。

三維既是座標軸的三個軸，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件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 ，只是應該理解為"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，二維即只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，但我們俗語常説的前後，左右，上下都只是相對於觀察的視點來説。沒有絕對的前後，左右，上下。

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

四維以上的，屬於高維模型。 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，因此儘管在數學上，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。

如果真的有六維空間存在,那麼愛因斯坦的“廣義相對論”就顯示了其理論自身的不完善。 對於人類而言，我們習慣了三維空間的概念，如何能想象和接受六維空間？以水管為例説，當人們站在這根水管的正面看時，水管就是一條直線，我們就只看到了它的前後，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，那麼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，那麼它就是三維的。

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，那麼會是什麼樣的呢？於是，科學家把水管想象成像一根頭髮絲那樣細,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，捲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髮表在《物理評論快報》上，是因為這種方法能證明通過實驗數據來觀察這些難以捉摸的維度形狀特徵是可行的。同時，六維空間的存在也是證實“超弦理論”的主要方面。

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，宇宙只是四維的（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。

打一個比方：一隻螞蟻在一張紙上行走，它只能向右或向左，向前或向後走。對它來説高與低均無意義，這就是説，第三維的空間是存在的，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。

根據物理學家的看法還應該有七個維。儘管有這麼多的維，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。我們可以設想一下，將螞蟻在上面行走的那張紙捲起來，直到捲成一個圓筒形。如果螞蟻沿着的紙壁走，最後它又會回到出發點，這就是壓縮維的一個例子。如果能沿着著名的莫比烏斯帶走，也會發生上述現象，當然，它是三維的，但如果沿着它走過，總是會回到出發點的。莫比烏斯帶從維的角度講是壓縮的，按照物理學它有三個維，但誰在上面行走，都只能認知人一個維。如果螞蟻不是沿着紙筒彎曲的壁行走，它就永遠不會返回到原出發點。這就是二維（或者説被我們所感知的那種維）的例子，沿着它一直走，就不可能返回到原來的出發點。

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於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，但由於太複雜，竟沒幾個物理學家看得懂，後來經實驗證明了其正確性。由於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，不知所云，感到丈二和尚摸不着頭腦。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注意，他仔細研究後，對理論作了詳盡的解釋，並進一步完善，於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（我們就處於這一空間內）。

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。

愛因斯坦的相對論把時間與空間聯繫起來了。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座標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、速度聯繫起來了。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座標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於宇宙空間和時間時速的關係。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。於是質量只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，它的各座標值均發生了變化，且座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，而這正是我們所説的五維—速度維度。

對於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：

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，約等於42微秒，而用相對論計算衞星的時間變化是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。

根據克萊茵的定義， "幾何在其自身內的變換下，是對於時空不變性質的研究"。 因此，第五維的幾何學研究了這種時空的不變性，當我們在它內部移動時，用形式方程表示。 ^[6] 

在五維或者是更高的維度中，只有三個正多胞形存在。 在五維空間中，它們分別是:

一個第四種的多胞形，一個半超方形, 可以經由五維超正方體交錯後得到，稱為五維半超方形擁有一半的頂點（十六個），而超胞則是由正五胞體和正十六胞體所組成。

在五維空間中的超球體（同時也被叫做4-球，因為它的表面是四維的） 所有在其超球面上的點到超球體的中心點P的距離R都相等。 其超表面封閉的狀況下，超體積公式為：