虚数的定义和性质虚数的定义是什么( 二 )

但如果要把时间看成是第四维度，就必须要面对一个问题，就是怎么才能把时间和空间联系到一起进行计算呢？比如说，我们怎么才能测量一个四维时空里两个事件之间的距离呢？如果要测量长宽高，那我们可以用统一的单位，比如多少米、多少英尺。但如果要测量时间的话，就只能用小时、分钟、年这些计量单位。那1米跟1小时，怎么结合？
测量

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乍看起来，这个问题就跟负数的平方根一样，毫无意义，但其实也有办法解决。举个例子。如果你出门问路，说地铁站还有多远啊？那人家可能会跟你说，有点远，走路还要20分钟，你不如骑个共享单车，5分钟就到了。这就是一个典型的，用时间来表示距离的办法。我们只要找到一个确定的速度，就可以把时间转换成空间。那怎么找到这个确定的速度呢？你可能已经想到了，就是光速。科学家已经发现，光在真空中的传播速度是恒定的，不受任何情况的影响。如果我们把光速和时间结合到一起，就可以得到一个距离单位，比如光年就是一个距离单位，代表光在一年时间内传播的距离。如果我们要计算5分钟相当于多远，那就用5分钟乘以光速，就能得到一个距离。
超正方体

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现在所有的工具都全了，我们看看科学家是如何确定四维时空里，两个事件的距离的。测量两个事件在空间上的距离很简单，而时间上的距离刚才也说了，我们可以测出两个事件之间的时间间隔，然后乘以光速，就能得到一个距离。
关键在于，时间和空间，毕竟还是不一样的两种东西。不能把这两个结果简单地加在一起，那样是没有意义的。这两个距离必须要有所区分，显示出不同才行。那怎么区分呢？科学家想了个办法：建立一个坐标系，然后把空间距离当做横轴，时间距离当成纵轴，这样一来，四维时间里的距离，就既有空间意义，也有时间意义，能把两者完美地结合到一起。
维度之外

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【虚数的定义和性质虚数的定义是什么】
听到这个坐标轴，你应该想起了刚才说到的虚数吧？没错，在这种计算中，虚数就发挥了重要的作用。因为代表时间距离的那根纵轴，实际上就相当于虚数轴。在四维空间的计算中，时间距离前面，是要乘以i的，也就是乘以根号负1，以显示出时间和空间的本质不同。
计算

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利用虚数将时间和空间结合在一起，组成坐标系之后，科学家发现了一个非常奇异的现象：我们平常所说的两个事件之间的时间距离和空间距离，其实可以看作是四维距离在时间和空间这两根坐标轴上的投影。这么一来，一旦旋转这个四维坐标系，就可以让时间和距离相互转化。从这一点出发，我们会发现，时间和空间都不是恒定不变的，而是跟物体的运动状态有关。什么意思呢？一个静止的人，和一个高速运动的人，时间在他们身上流逝的快慢是不同的。这就相当于运动旋转了时空坐标系，因此改变了四维距离在时空坐标轴上的投影。听到这里，你可能已经意识到了，这不就是狭义相对论嘛。也就是说，数学家们曾经以为没用的虚数，在相对论的计算中就派上了一个大用场。人们恍然间发现，原来看似毫无意义的虚数之下，居然隐藏着如此重要的意义。

虚数的定义和性质 虚数的定义是什么( 二 )

虚数的定义和性质虚数的定义是什么( 二 )