Wyobrażanie sobie świata w różnej liczbie wymiarów zmienia sposób postrzegania wszystkiego, w tym czasu, przestrzeni i głębi. Oglądanie filmu w 3D pozwala doświadczyć dodatkowej głębi, której normalnie nie byłabyś w stanie zobaczyć.
Łatwo pomyśleć o różnicy między dwoma wymiarami a trzema wymiarami. Nie jest jednak jasne, co oznaczałyby cztery wymiary. Ważne jest, aby zrozumieć, co naukowcy i inni badacze mają na myśli mówiąc o różnych wymiarach, aby lepiej określić różnice między trzema a czterema wymiarami.
3D kontra 4D
Nasz świat ma trzy wymiary przestrzenne, szerokość, głębokość i wysokość, z czwartym wymiarem, który jest czasowy (jak w wymiarze czasu). Naukowcy i filozofowie zastanawiali się i prowadzili badania nad tym, czym byłby czwarty wymiar przestrzenny. Ponieważ ci badacze nie mogą bezpośrednio obserwować czwartego wymiaru, tym trudniej jest znaleźć na to dowód.
Aby lepiej zrozumieć, czym byłby czwarty wymiar, możesz bliżej przyjrzeć się temu, co sprawia, że trzy wymiary trójwymiarowe i podążając za tymi pomysłami, spekuluj, jaki byłby czwarty wymiar być.
Długość, szerokość i wysokość składają się na trzy wymiary naszego obserwowalnego świata. Obserwujesz te wymiary poprzez dane empiryczne przekazane ci przez nasze zmysły, takie jak wzrok i słuch. Możesz określić pozycje punktów i kierunki wektorów w naszej trójwymiarowej przestrzeni wzdłuż punktu odniesienia.
Możesz sobie wyobrazić ten świat jako trójwymiarowy sześcian, który ma trzy osie przestrzenne odpowiadające szerokości, wysokości i długości poruszanie się do przodu i do tyłu, w górę i w dół, w lewo i w prawo wraz z czasem, wymiar, którego nie obserwujesz bezpośrednio, ale dostrzec.
Porównując 3D z 4D, biorąc pod uwagę te obserwacje trójwymiarowego świata przestrzennego, czterowymiarowy sześcian byłby tesseract, obiekt, który porusza się w tych trzech wymiarach, które postrzegasz wraz z czwartym wymiarem, który nie możesz.
Obiekty te nazywane są również ośmioma komórkami, ośmiokątami, tetrasześcianami lub czterowymiarowymi hipersześcianami i chociaż nie można ich bezpośrednio obserwować, można je sformułować w sensie abstrakcyjnym.
Cień 4D
Ponieważ trójwymiarowe istoty rzucają cień na dwuwymiarową powierzchnię sześcianu, doprowadziło to naukowców do spekulacji, że czterowymiarowe obiekty rzucałyby trójwymiarowy cień. Z tego powodu możliwe jest obserwowanie tego „cienia” w trzech wymiarach przestrzennych, nawet jeśli nie możesz bezpośrednio obserwować czterech wymiarów. To byłby cień 4d.
Matematyk Henry Segerman z Oklahoma State University stworzył i opisał własne 4-wymiarowe rzeźby. Używał pierścieni do tworzenia obiektów w kształcie dwunastościanu, które składają się ze 120 dwunastościanów, trójwymiarowego kształtu z 12 pięciokątnymi ścianami.
W ten sam sposób, w jaki obiekt wymiarowy rzuca dwuwymiarowy cień, Segerman twierdzi, że jego rzeźby są trójwymiarowymi cieniami czwartego wymiaru.
Chociaż te przykłady cieni nie dają bezpośrednich sposobów obserwowania czwartego wymiaru, są dobrym wskaźnikiem tego, jak myśleć o czwartym wymiarze. Matematycy często przywołują analogię mrówki chodzącej po kartce papieru, opisując granice percepcji w odniesieniu do wymiarów.
Mrówka chodząca po powierzchni papieru może postrzegać tylko dwa wymiary, ale to nie znaczy, że trzeci wymiar nie istnieje. Oznacza to po prostu, że mrówka może bezpośrednio widzieć tylko dwa wymiary i wywnioskować trzeci wymiar poprzez rozumowanie na temat tych dwóch wymiarów. Podobnie ludzie mogą spekulować na temat natury czwartego wymiaru, nie postrzegając jej bezpośrednio.
Różnica między obrazami 3D i 4D
Czterowymiarowy sześcian tesseract jest jednym z przykładów tego, jak trójwymiarowy świat opisany przez x, y i z może rozszerzyć się do czwartego. Matematycy, fizycy i inni naukowcy i badacze mogą reprezentować wektory w czwartym wymiarze za pomocą czterowymiarowego wektora, który zawiera inne zmienne, takie jak w.
Geometria obiektów w czwartym wymiarze jest bardziej złożona i obejmuje 4-politopy, czyli figury czterowymiarowe. Obiekty te pokazują różnicę między obrazami 3D i 4D.
Niektórzy profesjonaliści używają „czwartego wymiaru” w odniesieniu do dodawania większej liczby efektów do form mediów, których nie mogą pomieścić trzy wymiary. Obejmuje to „filmy czterowymiarowe”, które zmieniają atmosferę teatru poprzez temperaturę, wilgotność, ruch i wszystko inne, co może sprawić, że wrażenia będą wciągające, jak gdyby była to symulacja rzeczywistości wirtualnej.
Podobnie naukowcy zajmujący się ultradźwiękami, którzy badają ultradźwięki trójwymiarowe, czasami odnoszą się do „czwartego wymiaru” jako ultradźwięku, który niesie za sobą aspekt zależny od czasu, na przykład nagranie tego na żywo. Metody te opierają się na wykorzystaniu czasu jako czwartego wymiaru. Jako takie, nie uwzględniają czwartego wymiaru przestrzennego, który ilustrują tesserakty.
Kształty 4D
Tworzenie kształtów 4D może wydawać się skomplikowane, ale można to zrobić na wiele sposobów. Weźmy tesseract jako przykład, możesz wyrazić trójwymiarowy sześcian wzdłuż osi w, tak aby miał punkt początkowy i punkt końcowy.
Wyobrażenie sobie tego rozszerzenia mówi ci, że tesserakt jest ograniczony przez osiem sześcianów: sześć z powierzchni oryginalnego sześcianu i dwa kolejne od punktu początkowego i końcowego tego rozszerzenia. Bliższe przyjrzenie się temu rozwinięciu ujawnia, że tesserakt jest ograniczony przez 16 wierzchołków wielokąta, osiem od pozycji początkowej sześcianu i osiem od pozycji końcowej.
Tesserakty są również często przedstawiane z odmianami czwartego wymiaru nałożonymi na sam sześcian. Te projekcje pokazują powierzchnie przecinające się ze sobą, co sprawia, że rzeczy są zagmatwane w trójwymiarowy świat, ale polegaj na swojej perspektywie w odróżnianiu czterech wymiarów od jednego inne.
Matematycy uwzględniają ograniczenia percepcji w tworzeniu obrazów teseraktów. W ten sam sposób możesz zobaczyć trójwymiarową drucianą ramę sześcianu, aby zobaczyć ściany po drugiej stronie, schematy druciane tesseract pokazują rzuty boków tesseract, których nie można bezpośrednio obserwować bez ich całkowitego usunięcia z widok.
Oznacza to, że obracanie lub przesuwanie teseraktu może odsłonić te ukryte powierzchnie lub części teseraktu w taki sam sposób, w jaki obracanie trójwymiarowego sześcianu może pokazać wszystkie jego twarze.
4-wymiarowe istoty
To, jak istoty lub życie wyglądałyby w czterech wymiarach, od dziesięcioleci zajmuje naukowców i innych profesjonalistów. Opowiadanie pisarza Roberta Heinleina z 1940 roku „I zbudował krzywy dom” dotyczyło stworzenia budynku w kształcie teseraktu. Polega na trzęsieniu ziemi, które rozbija czterowymiarowy dom w rozłożony stan ośmiu różnych sześcianów.
Pisarz Cliff Pickover wyobrażał sobie czterowymiarowe istoty, hiperbyty, jako „balony w kolorze ciała, stale zmieniające swój rozmiar”. Pojawiłyby się te istoty dla ciebie jako odłączonych kawałków ciała w taki sam sposób, w jaki dwuwymiarowy świat pozwoliłby ci zobaczyć tylko przekroje i pozostałości trójwymiarowego jeden.
Czterowymiarowa forma życia może widzieć w tobie w ten sam sposób, w jaki trójwymiarowa istota widzi dwuwymiarową ze wszystkich kątów i perspektyw.
Możesz opisać pozycje tych hiperistot za pomocą współrzędnych czterowymiarowych, takich jak (1, 1, 1, 1). Jan D. Wydział historii i filozofii nauki Norton z University of Pittsburgh wyjaśnił, że można dojść do tych wniosków na temat natury czwarty wymiar, zadając pytania o to, co sprawia, że obiekty i zjawiska jedno-, dwu- i trójwymiarowe są takimi, jakimi są, i ekstrapolując na czwarty wymiar wymiar.
Istota, która żyła w czwartym wymiarze, może mieć tego rodzaju „stereowizję”, opisał Norton, aby wizualizować czterowymiarowe obrazy bez ograniczania się przez trzy wymiary. Trójwymiarowe obrazy, które dryfują razem i oddalają się od siebie w trzech wymiarach, pokazują to ograniczenie.