前面我寫過幾篇文章介紹廣義相對論，很多朋友對廣義相對論裡面的「四維時空」有很大的誤解，多數人都會把「四維時空」理解成「四維空間」，所以前面我也專門寫了一篇文章來介紹這兩者的差別。其實前者是愛因斯坦為了進一步揭示引力本質提出的一個事物，也就是把時間和空間看成一個整體來研究，這個整體就叫「四維時空」。但是四維空間不一樣，這是一個數學上的概念，並且物理世界目前還未找到一個實體與之對應。
這裡要談一個核心，數學和物理研究的對象有啥差別，物理研究的對象是整個自然界的規律，這意味著物理研究的事物必須在自然界找到對應的實體，否則研究就沒有意義。也許有人會反駁，電磁場不是實體，但是我們一樣研究啊，其實電磁場本身就是一種客觀存在的事物，它並非我們為了方便研究而虛構出的事物，它是一種真實存在。
但是數學研究的事物可以完全不管物理世界，也就是說數學可以脫離物理世界而存在，比如剛剛談的「四維空間」，這就是一個脫離物理世界的研究對象。但是有網友又會反駁說「克萊因瓶」不就是一個四維空間的物體嗎？哈哈，可惜非常遺憾告訴你「克萊因瓶」目前還只是停留在數學上，物理世界真沒有這個東西。
這個瓶子只能出現在空間維度有四維的物理世界，而我們的物理世界空間是三維，所以你在三維世界裡永遠找不到「克萊因瓶」。這個瓶子最大的神奇之處在於沒有「裡面」和「外面」之分，換句話說你如果沿著瓶子表面一直走，你會從瓶子外面不知不覺走到瓶子裡面，然後又從裡面不知不覺走到外面，裡面和外面沒有明顯的分界線，這也是為什麼「克萊因瓶」無法裝滿水的原因。
「克萊因瓶」是著名數學家菲立克斯·克萊因提出的一個數學模型，大家平時網上看到的「克萊因瓶」其實並不是完整的圖像，因為「克萊因瓶」是四維空間中的產物，所以三維世界無法完整展示四維世界。
舉個簡單的例子，假設螞蟻是一個二維生物，也就是螞蟻永遠只在一個平面上行走，但此時有一個立方體在螞蟻所在平面上方，並且立方體的一個稜角穿透這個平面，請問螞蟻能看到這個立方體的「全貌」嗎？肯定不能，因為螞蟻永遠只能看到立方體在二維平面的一個投影而已。所以我們所處的三維世界，永遠只能看到「克萊因瓶」在三維世界的投影，因為它屬於四維空間。
但是廣義相對論中的四維時空和剛剛的數學上的「四維空間」是有很大差別的，物理研究的事物必須有實在客體對應，所以愛因斯坦研究的「四維時空」其實在物理世界是有對應的實在客體，那就是空間和時間的合併產物，這個產物就叫「時空」。在愛因斯坦眼中，時間和空間不能再單獨分開，必須把它們當成一個事物來對待，然後接下來的物理研究對象都是針對「時空」這個客體，不能單獨去研究時間或者空間。
所以說了這麼多還是那句老話，四維時空屬於物理世界有客觀實在對應，四維空間屬於數學世界，物理世界不存在這個東西，不要把廣義相對論的四維時空，當成是四維空間來理解，否則你永遠無法理解廣義相對論，也永遠體會不到愛因斯坦的偉大。我是《小彭來給您解惑》，如果喜歡我的文章可關注我，如果對文章有異議可留言評論。