一共有多少个维度,每个维度各是什么意思?

2024-11-29 20:21:47
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回答1:

单纯从最原始几何的理解讲,维度可以是任意多的:n-维的本质是n个两两垂直的基向量,我们的世界里最多只有三条非零向量两两垂直,所以我们称之为三维空间,正如平面上最多只有两条两两垂直的向量所以称之为二维空间,这便是人类最初对维度的认识。理论上并不排斥更多互相垂直的非零向量,事实上任意n元数组构成的n-维向量,通过范数的定义,其所在的n-维线性空间是well-defined的。当然维度方面也可以有其他解释,这又要牵涉到“测度”的层面,会出现一些看似奇怪的无理数维度,比如著名的“谢尔宾斯基地毯”、“皮亚诺曲线”等,而这种利用测度的维度定义方法,是利用相似比来定义的:比如我们知道,把一个三角形三边都扩大至原来的二倍,那么其面积扩大至原来的4倍,满足平方关系,把一个立方体边长扩大至原来的2倍,其体积扩大为原来的8倍,是立方关系。

回答2:

我们生活的世界是三维的。在这个我们早已熟知的世界中,我们需要三个数来确定一个物体的位置。根据生活习惯,我们把它们命名为长宽高。作为三维世界中的生物,我们也只能在这三个维度上运动。这也是监狱这种建筑物存在的必要条件,否则,仅仅围墙、哨塔和铁丝网大概是不能拦住越狱者的脚步的。当然,我们也发现,虽然我们的世界是三维的,但是仅仅用空间坐标是无法描述系统完整的物理性质的。比如放在桌子上的炸药,它的温度也是非常重要的量,决定了你能不能活着回来。于是,针对不同的物理分支,人们发展出了各种物理量,比如电场强度,温度等等。于是,在空间中某一点的一个物体,如果我们要相对完整地描述它,就需要位置,带电情况,温度高低,甚至色泽,硬度等等。如果硬要说他处在一个高维空间中,我想也不能完全说错。但是,物理学家们并没有从那时开始研究高维空间,甚至时间也被排除在空间以外。因为物理学谈论的空间往往还有一个附带的概念:距离。从笛卡尔开始,人们学会了使用坐标来描述空间。坐标固然方便,但坐标系本身却是人为指定的,并非某种固有属性。物理学希望研究的是不随着观察者改变的定律,所以坐标往往只是一种过度的手段,最终的结果还是要从一些不变的东西入手,比如距离,或者更严格一些,在坐标变换下不变的量,也就是标量。我们可以看到,从这个意义上来说,温度、电场这些物理量与长宽高不是同样的东西:长宽高是坐标,而温度、电场这些本身就是距离。所以,如果你非要在长宽高的基础上加上温度作为第四个坐标,那只能叫做「温度分布图」而不是空间了。或许会存在这样的疑问:我们常常说长3m,宽2m,这不是说明长宽高都是距离吗,为什么说他们仅仅是坐标呢,的确,在日常生活中,刚性的物体尺寸往往不会变化,但是这些物体并非不能旋转。经过旋转之后,原来的长可能就变成之后的宽了。正因为长宽高有着这样的不确定性,我们才说他们是坐标而不是距离,因为这些量是随着坐标的不同而发生着改变的。想想温度分布图,你可以旋转它得到新的温度和坐标吗,往往你得到的就不能称为温度了。事实上,旋转是一个非常重要的变换,甚至说从旋转中生出了洛伦兹变换也不为过。

回答3:

维度是一个数学概念,我们可以随便定义一个维度表达啥,像数学中的维度,我们可以做到任意多维,我们也有不同关于维度的定义。比较简单的,我们常见的整数维度中的东西就是我们线性代数中所研究的,还有其他的维度定义方法,比如常用的分形维度,也就是豪斯多夫维度,是研究一个分形的维度的,这里定义了分数维。至于这些维度的使用方法,我们可以任意定义,或者根据计算需要来改变。比如最为典型的是弦论认为宇宙有11个维度,其中6维是计算弦的运动需要而制造出来的,4维是我们已知的时空四维,还有一个维度是当时为了统一5个完全不同的弦论而制造出来的。在经济学中我们通常认为一个商品就是一个维度,来研究偏好理论,所以我们可以做任意多维的模型。当然在比较初等的时候我们喜欢用2维,一维是我们关注的商品,剩余一维是剩余所有商品的总和。