ما هو الفرق بين 4-D و 3-D؟

تخيل العالم بأعداد مختلفة من الأبعاد يغير طريقة إدراكك لكل شيء ، بما في ذلك الزمان والمكان والأعماق. تتيح لك مشاهدة فيلم ثلاثي الأبعاد تجربة عمق إضافي لن تتمكن عادةً من رؤيته.

من السهل التفكير في الاختلاف بين بعدين وثلاثة أبعاد. لكن ما ستترتب عليه الأبعاد الأربعة ليس واضحًا تمامًا. من المهم أن نفهم ما يقصده العلماء والباحثون الآخرون عندما يتحدثون عن أبعاد مختلفة لتحديد الاختلافات بين الأبعاد الثلاثة والأبعاد الأربعة بشكل أفضل.

عالمنا ثلاثي الأبعاد المكانية ، العرض ، العمق والارتفاع ، مع بعد رابع زمني (كما في ، بعد الزمن). تساءل العلماء والفلاسفة وأجروا أبحاثًا حول ماهية البعد المكاني الرابع. نظرًا لأن هؤلاء الباحثين لا يستطيعون ملاحظة البعد الرابع بشكل مباشر ، فمن الصعب جدًا العثور على دليل على ذلك.

لفهم ما سيكون عليه البعد الرابع بشكل أفضل ، يمكنك إلقاء نظرة فاحصة على ما يجعله ثلاثة أبعاد ثلاثية الأبعاد ، وبعد هذه الأفكار ، تخمن ماذا سيكون البعد الرابع يكون.

الطول والعرض والارتفاع يشكلون الأبعاد الثلاثة لعالمنا المرئي. أنت تلاحظ هذه الأبعاد من خلال البيانات التجريبية التي قدمتها لك حواسنا مثل الرؤية والسمع. يمكنك تحديد مواضع النقاط واتجاهات المتجهات في فضاءنا ثلاثي الأبعاد على طول نقطة مرجعية.

يمكنك تخيل هذا العالم كمكعب ثلاثي الأبعاد له ثلاثة محاور مكانية تمثل العرض والارتفاع والطول التحرك للأمام وللخلف ، لأعلى ولأسفل ، ولليسار ولليمين جنبًا إلى جنب مع الوقت ، وهو بُعد لا تلاحظه بشكل مباشر ولكن تصور شعور.

عند المقارنة بين 3D و 3D 4D ، بالنظر إلى هذه الملاحظات للعالم المكاني ثلاثي الأبعاد ، فإن المكعب رباعي الأبعاد سيكون a tesseract ، كائن يتحرك في هذه الأبعاد الثلاثة التي تراها جنبًا إلى جنب مع البعد الرابع لا يمكنك.

تسمى هذه الكائنات أيضًا ثماني خلايا ، أو مثمنات ، أو رباعيات أو مكعبات مفرطة رباعية الأبعاد ، وعلى الرغم من أنه لا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر ، إلا أنه يمكن صياغتها بمعنى مجرد.

نظرًا لأن الكائنات ثلاثية الأبعاد تلقي بظلالها على السطح ثنائي الأبعاد للمكعب ، فقد دفع هذا الباحثين إلى التكهن بأن الكائنات رباعية الأبعاد ستلقي بظلالها ثلاثية الأبعاد. لهذا السبب ، من الممكن ملاحظة هذا "الظل" في أبعادك المكانية الثلاثة حتى لو لم تتمكن من ملاحظة أربعة أبعاد مباشرة. سيكون هذا الظل رباعي الأبعاد.

قام عالم الرياضيات هنري سيجرمان من جامعة ولاية أوكلاهوما بإنشاء ووصف منحوتاته الخاصة ذات الأبعاد الأربعة. لقد استخدم الحلقات لإنشاء كائنات على شكل دوديكاكونتاكرون ، وهي مكونة من 120 اثني عشر وجهًا ، وهو شكل ثلاثي الأبعاد مع 12 وجهًا خماسيًا.

بنفس الطريقة التي يلقي بها الكائن ذي الأبعاد ظلًا ثنائي الأبعاد ، جادل سيجرمان بأن منحوتاته هي ظلال ثلاثية الأبعاد من البعد الرابع.

على الرغم من أن أمثلة الظلال هذه لا تمنحك طرقًا مباشرة لمراقبة البعد الرابع ، إلا أنها مؤشر جيد لكيفية التفكير في البعد الرابع. غالبًا ما يطرح علماء الرياضيات تشبيه نملة تمشي على قطعة من الورق في وصف حدود الإدراك فيما يتعلق بالأبعاد.

يمكن للنملة التي تمشي على سطح الورقة أن تدرك بعدين فقط ، لكن هذا لا يعني أن البعد الثالث غير موجود. هذا يعني فقط أن النملة يمكنها فقط رؤية بُعدين مباشرة واستنتاج بُعد ثالث من خلال التفكير في هذين البعدين. وبالمثل ، يمكن للبشر التكهن بطبيعة الأبعاد الرابعة دون إدراكها بشكل مباشر.

يعتبر tesseract المكعب رباعي الأبعاد أحد الأمثلة على كيفية امتداد العالم ثلاثي الأبعاد الموصوف بواسطة x و y و z إلى عالم رابع. يمكن لعلماء الرياضيات والفيزيائيين وغيرهم من العلماء والباحثين تمثيل النواقل في البعد الرابع باستخدام ناقل رباعي الأبعاد يتضمن متغيرات أخرى مثل w.

تعتبر هندسة الكائنات في البعد الرابع أكثر تعقيدًا حيث تشتمل على 4 polytopes ، وهي أشكال رباعية الأبعاد. تظهر هذه الكائنات الفرق بين الصور ثلاثية الأبعاد ورباعية الأبعاد.

استخدم بعض المحترفين "البعد الرابع" للإشارة إلى إضافة المزيد من التأثيرات إلى أشكال الوسائط التي لا تستطيع الأبعاد الثلاثة استيعابها. ويشمل ذلك "الأفلام الرباعية الأبعاد" التي تغير أجواء المسرح من خلال درجات الحرارة والرطوبة ، الحركة وأي شيء آخر يمكن أن يجعل التجربة غامرة كما لو كانت محاكاة للواقع الافتراضي.

وبالمثل ، يشير باحثو الموجات فوق الصوتية الذين يدرسون الموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد أحيانًا إلى "البعد الرابع" على أنه الموجات فوق الصوتية التي تحمل جانبًا يعتمد على الوقت ، كما هو الحال في التسجيل المباشر لها. تعتمد هذه الأساليب على استخدام الوقت كبُعد رابع. على هذا النحو ، فإنها لا تأخذ في الحسبان البعد المكاني الرابع الذي توضحه المصنوعات اليدوية.

قد يبدو إنشاء أشكال رباعية الأبعاد معقدًا ، ولكن هناك العديد من الطرق للقيام بذلك. لأخذ tesseract كمثال ، يمكنك التعبير عن مكعب ثلاثي الأبعاد على طول المحور w بحيث يحتوي على نقطة بداية ونقطة نهاية.

تخيل هذا التمدد يخبرك أن الشكل المجسم مقيد بثمانية مكعبات: ستة من وجوه المكعب الأصلي واثنان آخران من نقطتي البداية والنهاية لهذا التمدد. تكشف دراسة هذا التمدد عن كثب أن المسطح مقيد بـ 16 رأسًا متعدد الأضلاع ، ثمانية من موضع البداية للمكعب وثمانية من موضع النهاية.

غالبًا ما يتم تصوير القطع الفسيفساء مع الاختلافات في البعد الرابع المفروضة على المكعب نفسه. تُظهر هذه الإسقاطات الأسطح المتقاطعة مع بعضها البعض ، مما يجعل الأمور محيرة في عالم ثلاثي الأبعاد ، لكن اعتمد على منظورك في تمييز الأبعاد الأربعة من واحد اخر.

يأخذ علماء الرياضيات في الاعتبار حدود الإدراك في إنشاء صور للقطع الفنية. بنفس الطريقة التي يمكنك من خلالها عرض إطار السلك ثلاثي الأبعاد للمكعب لرؤية الوجوه على الجانب الآخر ، المخططات السلكية لـ تُظهر tesseract إسقاطات جوانب tesseract التي لا يمكنك ملاحظتها مباشرة دون إزالتها تمامًا منظر.

هذا يعني أن تدوير أو تحريك قطعة صغيرة يمكن أن يكشف عن هذه الأسطح المخفية أو أجزاء من tesseract بنفس الطريقة التي يمكن أن يظهر بها تدوير مكعب ثلاثي الأبعاد جميع وجوهه.

إن الشكل الذي ستبدو عليه الكائنات أو الحياة في أربعة أبعاد قد شغل العلماء والمهنيين الآخرين لعقود. تضمنت القصة القصيرة للكاتب روبرت هاينلين عام 1940 "وبنى منزلًا ملتويًا" إنشاء مبنى على شكل قطعة أرض. إنه ينطوي على زلزال يحطم المنزل رباعي الأبعاد إلى حالة مكشوفة من ثمانية مكعبات مختلفة.

تخيل الكاتب كليف بيكوفر كائنات رباعية الأبعاد ، كائنات مفرطة ، مثل "بالونات بلون اللحم تتغير باستمرار في الحجم". ستظهر هذه الكائنات لك كأجزاء منفصلة من اللحم بنفس الطريقة التي يتيح لك العالم ثنائي الأبعاد فقط رؤية المقاطع العرضية وبقايا ثلاثي الأبعاد واحد.

يمكن أن يرى شكل الحياة رباعي الأبعاد بداخلك بنفس الطريقة التي يرى بها كائن ثلاثي الأبعاد كائنًا ثنائي الأبعاد من جميع الزوايا والمنظورات.

يمكنك وصف مواقع هذه الكائنات باستخدام إحداثيات رباعية الأبعاد مثل (1 ، 1 ، 1 ، 1). جون د. أوضح قسم التاريخ وفلسفة العلوم بجامعة نورتون بجامعة بيتسبرغ أنه يمكنك الوصول إلى هذه الاستنتاجات حول طبيعة البعد الرابع من خلال طرح أسئلة حول ما الذي يجعل الأشياء والظواهر أحادية وثنائية وثلاثية الأبعاد كما هي والاستقراء في الرابع البعد.

الكائن الذي يعيش في البعد الرابع قد يكون لديه هذا النوع من "الرؤية المجسمة" ، كما وصفها نورتون ، لتصور صور رباعية الأبعاد دون أن تقيده الأبعاد الثلاثة. تُظهر الصور ثلاثية الأبعاد التي تنجرف معًا وبعيدة عن بعضها البعض في ثلاثة أبعاد هذا القيد.