“第四维”是什么？

“维度”一词来自拉丁语，意思是“被完全测量”。现在，让我们做一些测量。

如果有一条线，你计划确定一个固定点x在线的位置，这样其他人可以根据你的描述找到这个点。首先，你可以识别这条线上的一个点，并把它算作“零”。用这种方法，你可以测量并发现X距离零两厘米。如果x在零点的一边，你可以称这个距离为+2。如果x在另一边，它是-2。

这样，只要每个人都同意这些“规则”——零点的位置，哪边是正的，哪边是负的——那么位置就可以用数字来确定。

由于确定一条线上的一个点只需要一个数字，所以这条线或这条线的任何一段都是“一维的”——“它可以用一个数字完全测量”。

让我们假设有一大张纸。现在我们要确定这张纸上X点的位置。你也可以从零点开始测量，发现它离零点有5厘米远。然而，它在哪个方向？它可以分为两个方向:北3厘米和东4厘米。如果规则是朝北方积极，朝南方消极；如果向东是正的，向西是负的，那么你可以用两个数字来确定这个点:+3和+4。

也许你可以这样说:这个点距离零点5厘米，与东西方向成36.87°的夹角。仍然需要两个数字:5和36.87。不管你怎么做，你必须有两个数字来确定平面上的一个点。因此，平面或平面的任何部分都是二维的。

现在，假设有一个像房间内部一样的空间。一个固定点x可以确定如下:它在某个零点以北5厘米，以东2厘米，上方15厘米。您也可以使用长度数字和两个角度数字来确定此位置。然而，无论使用什么方法，都需要三个数字来确定一个点在房间(或宇宙)中的位置。

因此，房间和宇宙都是三维的。

假设有这样一个空间，必须用四个(或五个，或十八个)数字来确定某一点，那么它就是一个四维(或五个，或十八个)空间。在我们普通的宇宙中，没有这样的空间，但是数学家可以想象这个“超空间”，并且还可以在这个空间中推断数学图形的性质。他们甚至研究了任意维空间中数学图形的性质。这是“n维几何”。

然而，如果我们所研究的不是一个固定的点，而是一个位置随时间变化的点，我们该怎么办？如果你打算识别一只在房间里飞的蚊子，那么你需要给出三个常见的数字:南北向、东西向和上下向。然后你必须给出第四个数字来表示时间。因为这只蚊子在某个时刻只会在空间的某个位置，你也必须判断这个时刻。

宇宙中的一切都是如此。我们占据空间——它是三维的；此外，必须加上时间才能获得四维“时空”。然而，时间和其他三个“空间维度”不能以同样的方式对待。在一些关键方程中，三个空间维度有一个正号，而时间维度必须有一个负号。

因此，我们不能说时间是第四维，而只能说时间是第四维，它不同于其他三维。