四維空間在哪？四維空間長什么樣呢？我們對(duì)于三維以上的空間一無所知，并且我們認(rèn)定自己所處的宇宙就是一個(gè)三維空間，就算加上時(shí)間頂多算是三維的時(shí)空。我們想象不出四維空間的樣子，也不知道四維空間到底怎么才能找到。

很多時(shí)候我們會(huì)走入思維誤區(qū)，我們認(rèn)為四維空間應(yīng)該和三維空間一樣，是一個(gè)比三維多一維的空間結(jié)構(gòu)，沿著這個(gè)方向去思考就很容易進(jìn)入死胡同。我們一直尋找的四維空間很可能就是我們所處的宇宙。對(duì)于宇宙的結(jié)構(gòu)我們有三種猜想，第一種是平坦宇宙結(jié)構(gòu)，第二種是不平坦的馬鞍型宇宙結(jié)構(gòu)，第三種是球面宇宙結(jié)構(gòu)。前兩種都是無限無界的宇宙結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲覀兤鋵?shí)并沒有找到或者看到宇宙的界限在哪里，也沒有關(guān)于宇宙有限體積的數(shù)據(jù)。但，如果宇宙大爆炸真實(shí)存在，或者宇宙有起點(diǎn)，那么前兩種貌似就不合適了。因?yàn)榧热粺o限，那么在宇宙誕生之前宇宙之外又是什么呢？很難解釋。

所以我們今天要聊的是第三種，有限無界的球面宇宙結(jié)構(gòu)。說是球面其實(shí)并不準(zhǔn)確，因?yàn)槲覀冎皇歉鶕?jù)三維球面來進(jìn)行的推理。只能說是一個(gè)類似三維球面的宇宙模型。具體來說是這樣的，在宏觀層面上，我們相當(dāng)于生活在地球二維表面上的生物，地球表面是一個(gè)面積有限但沒有邊界的二維世界。無論我們朝哪個(gè)方向走，最多回到原點(diǎn)，但卻找不到邊界。如果地球不斷膨脹變大，地球表面也會(huì)同樣變大，但始終是一個(gè)有限的面積，可無論變大變小都沒有邊界。也就是說，相對(duì)于地球來看，我們其實(shí)屬于這個(gè)三維結(jié)構(gòu)中的二維生存方式。

雖然我們處于三維空間中，但如果將視角變大，我們其實(shí)和螞蟻一樣，只是生存在三維空間中的二維平面上而已。我們之所以能夠發(fā)現(xiàn)自己處于三維空間中，實(shí)際上也只是因?yàn)榈厍蜻€不夠大而已。如果地球足夠大，大到我們出不去，那么地方天圓的理論一直會(huì)持續(xù)到現(xiàn)在，我們永遠(yuǎn)都無法知道地球是一個(gè)有體積的球。對(duì)于我們來說，這個(gè)空間就是一個(gè)缺失了一維的二維平面。整個(gè)宇宙在無限膨脹，對(duì)于我們來說，我們連宇宙的一個(gè)角落都無法看到全貌，更不用說站在宇宙之外后頭看看了。

宇宙如果有起點(diǎn)，空間如果和宇宙同時(shí)起步，那么宇宙一定就是一個(gè)有限無界的空間。而這個(gè)空間很可能就是一個(gè)四維球面。我們處于這個(gè)四維球面上，由于無法洞察第四個(gè)維度，所以在我們眼中就只有三維宇宙的樣子。我們將宇宙空間描述為一個(gè)可以用XYZ軸量化的三維空間，但處于這個(gè)四維球面上的我們永遠(yuǎn)都看不到藏起來的那個(gè)維度。就像是螞蟻永遠(yuǎn)都會(huì)認(rèn)為他們處于一個(gè)平面上而不是處于一個(gè)球體上一樣。隨著宇宙的膨脹，這個(gè)四維球面會(huì)一直變大，對(duì)我們來說這個(gè)空間就是無限的，就算飛到宇宙的盡頭也永遠(yuǎn)找不到邊界在哪里。

莫比烏斯環(huán)就是一個(gè)很好的啟發(fā)，將莫比烏斯環(huán)從中間剪開你會(huì)發(fā)現(xiàn)，剪開前是無限無界的二維平面，剪開后是有限無界的二維平面。什么意思呢，就是說莫比烏斯環(huán)處于二維空間中是無限無界的無限循環(huán)平面。剪開莫比烏斯環(huán)的方式，其實(shí)就是用一個(gè)有限無界的一維圓環(huán)將其分開，相當(dāng)于給莫比烏斯環(huán)增加了一個(gè)維度。剪開后的莫比烏斯環(huán)實(shí)際上等于二維升維到了三維，就是二維空間在三維空間展開的樣子。如果給圓筒形的環(huán)面再升級(jí)一個(gè)維度呢？升級(jí)維度就意味著需要再增加一個(gè)一維閉環(huán)，那么圓筒形的環(huán)面就會(huì)閉合，變成一個(gè)無限膨脹的球面。

宇宙中的物體運(yùn)動(dòng)軌跡，天體的最終形態(tài)其實(shí)都在向圓和球變化。這種規(guī)律在我們看來是因?yàn)橐Φ男Ч斐傻?，可是如果我們將視角放在整個(gè)宇宙上時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這其實(shí)就和莫比烏斯環(huán)一樣，當(dāng)處于更高維度的空間中時(shí)，原本的形狀和狀態(tài)一定會(huì)遵循高維度空間的法則。換句話說，當(dāng)三維宇宙只是四維空間在三維中的表現(xiàn)時(shí)，就會(huì)是一個(gè)球面。宇宙的三維形象是無限無界的，但如果給這個(gè)三維宇宙加入一個(gè)閉環(huán)維度，就會(huì)和莫比烏斯環(huán)的升維狀態(tài)一樣，成為一個(gè)有限無界的狀態(tài)。所以，在四維空間中看我們的宇宙，應(yīng)該是一個(gè)有限無界的球面。

為什么我們自己感覺不到宇宙是一個(gè)四維球面呢？這就是我們無法洞察第四個(gè)維度的后果了，由于缺失了對(duì)第四個(gè)維度的認(rèn)識(shí)，我們就和螞蟻認(rèn)識(shí)的地球一樣，始終認(rèn)為自己處于一個(gè)平面上，無論是爬上樹還是在地面到處跑，在螞蟻的感知中他們始終認(rèn)為這個(gè)世界就是一個(gè)平面。我們其實(shí)也一樣，無論在宇宙中跑多遠(yuǎn)，哪怕穿越無盡的星空，我們的認(rèn)識(shí)始終只是這個(gè)三維空間。至于無法洞察的第四個(gè)維度，只有脫離宇宙再后頭去看才能知道第四個(gè)維度是什么。

實(shí)際上，克萊因瓶并不是四維空間在三維中的投影，克萊因瓶的創(chuàng)造是我們將四維空間想得太復(fù)雜了。我們總是在糾結(jié)第四維度是什么，如果球面是四維空間在三維中的投影，那么一個(gè)無限延伸的半徑就是四維球面的第四維度。在無限延伸的半徑上，這個(gè)球面既是無限的又是有限的，無限的是它幾乎無限大，有限的是這個(gè)無論半徑有多大，在數(shù)學(xué)上它就是一個(gè)面積有限的球面。所以當(dāng)四維空間投影到三維空間時(shí)，將無限的半徑作為一個(gè)維度減掉時(shí)，我們得到的就是一個(gè)半徑有限的球體。所以球面模型才是四維空間在三維空間的投影，而不是克萊因瓶的樣子。

其實(shí)我們一直都處于一個(gè)高維度空間中，生活在一個(gè)四維的球面宇宙中，只不過因?yàn)檫^于渺小而無法洞察到其他維度的存在。處于高維度中的我們，因?yàn)闊o法逃出這個(gè)維度空間，永遠(yuǎn)都無法看到這個(gè)空間本來的樣子。我們的宇宙就是一個(gè)四維球面，第四維度是我們永遠(yuǎn)都無法洞察到的那個(gè)球面半徑，并且四維球面到底長什么樣子我們永遠(yuǎn)都不可能知道，因?yàn)槲覀儫o法走出在三維中無限無界的四維球面。