--- id: "3470896203" type: answer title: "为什么空间有三条轴，时间只有一条？" url: http://www.zhihu.com/api/v4/answers/3470896203 created: 2024-04-18T17:30:48.000Z updated: 2024-04-23T03:41:50.000Z voteup_count: 0 comment_count: 11 --- # 为什么空间有三条轴，时间只有一条？ 这是因为一个坐标轴的几何模型就足以模拟时间，没有必要像空间一样需要三条坐标轴。 ## 「时间」是人类发明的概念模型 现代人所说的「时间」有两种： - 一种是钟表测量出来的信息，以数字的形式出现。 - 另一种是几何化的概念模型，以一维几何的形式出现。 ## **作为数字形式的时间** 在电影《The man from earth》中有一段关于时间的精彩对话 > 丹：时间！ 看不见，听不到，无法称重，也无法在实验室里测量…… > 琳达：钟表就能测量时间。 > 丹：不，钟表只能测量自己，客观裁断一个钟表的只能是另一个钟表。 > Dan : Time. You can't see it, you can't hear it, you can't weigh it, you can't measure it in a laboratory.… > Linda: Clocks measure time. > Dan : No, they measure themselves, the objective referee of a clock is another clock. 如果没有钟表，我们能准确的感知到时间吗？ 如果没有日历，我们能知道今天是几月几号吗？ 也就是说，我们每天说的时间大部分是**钟表或日历上的数字信息**，而不是我们感知到了时间。 请仔细体会这句话，想想是不是这样？ 我们利用时间工具，例如钟表和日历，给所有的事件增加了一个数字编码信息，帮助我们来了解事件之间的关系和结构，给各种事件按照发生的先后进行排序。 为什么判断事件的先后顺序至关重要? 一个重要的应用是，利用先后次序的信息，我们可以判断事件之间的因果关系。 比如判断文章抄袭问题，究竟是谁抄了谁，当事人各有各的说法。 方法也很简单，只要能证明自己的文章比对方的时间更早，就可以证明自己才是原创，而对方是抄袭。 但是没有时间信息，就无法判断谁抄袭了谁，因果关系难以分辨。 数字形式的时间其实是一个基于自然数或有理数的时间概念模型。 数字的优点是简单易用，缺点是并不直观，要想直观最好是几何化。 ## 作为几何化概念模型的时间 2000多年期的战国时代，中国古人就用「宇宙」构建了时空的概念模型。 > 往古來今謂之宙，四方上下謂之宇 宙就是时间，宇就是空间，这就是中国古人对时空的定义，暗含了一维的时间，和三维的空间。 但这个对时空的定义是定性的，也不太准确，因为当时的古人并没有合适的几何技术来准确的描述时空。 1637年，笛卡尔用相互正交的实数轴构建了一种新的坐标系统，也就是直角坐标系，并在此基础上发展出了解析几何。 ![](../images/remote-26114ab20aafba27224fe0bafeb54a0c1ac04724bd23ffc8d928f3ec9c89cc1b.jpg) ![](../images/remote-26114ab20aafba27224fe0bafeb54a0c1ac04724bd23ffc8d928f3ec9c89cc1b.jpg) 笛卡尔向瑞典女王解释几何 有了笛卡尔的坐标系和解析几何，现代人就可以用「三维几何模型」来模拟现实世界的空间结构，用「一维几何模型」来模拟现实世界的时间结构。 这才有了「空间有三条轴，时间只有一条轴」这样的「四维时空」描述，这就是几何化的概念模型。 几何比数字更加直观，钟表所测量到的时间信息，就可以非常直观的体现在几何空间模型里。 ### 为什么空间有三个轴？ 因为「时间」描述的是事件发生的先后顺序，用一维空间来描述就足够了，并不需要更多的维度，这和「空间」不一样。 描述现实世界中的一个物体，必须获得上下、左右、前后这三个位置的信息才可以准确的定位。 ![](../images/remote-b79ec8cb8b74cfd5305c1868f9b76831a711c995d3c4ef0b7dd80d51a15ad205.jpg) ![](../images/remote-b79ec8cb8b74cfd5305c1868f9b76831a711c995d3c4ef0b7dd80d51a15ad205.jpg) 三维几何坐标 出处：维基百科 也就是说现实世界中的事物有三个自由度，需要有三个轴的几何空间才能描述。 不过，在很多情况下，三个轴也是不够的。 比如，如果这个点上的物体并没有移动，而是在高速的旋转，应该如何描述呢？ 你会发现，上下、左右、前后这三个位置的几何空间信息，并不足以描述现实世界里物体的旋转运动的状态！ 这时候就需要引入更多维度、更复杂的几何空间模型，才能有足够的信息来描述物体的运动。 ![](../images/remote-975d3662e564ab5b0498097b3f65fbf9a9d460dd495f2f8dc41d7006001ac906.jpg) ![](../images/remote-975d3662e564ab5b0498097b3f65fbf9a9d460dd495f2f8dc41d7006001ac906.jpg) 六自由度（Six degrees of freedom） 出处：维基百科 这就是六自由度（Six degrees of freedom） 在机械加工、飞行控制、游戏设计等领域，就需要这种六个轴的几何空间，才能描述其学科领域中物体的运动。 比如说，我们的身体运动就需要六个轴来描述。 ![](../images/remote-06647dba4f8325c24417fc05a7ba38ed86df49cf26042d9ae972f0899ac1bd92.jpg) ![](../images/remote-06647dba4f8325c24417fc05a7ba38ed86df49cf26042d9ae972f0899ac1bd92.jpg) 动画图片出处 https://developers.facebook.com/videos/f8-2017/surround-360-beyond-stereo-360-cameras/ 同样，很多机械臂也是需要六个轴的自由度来描述和控制 ![](../images/remote-462a78379178c3ada24d7e366f1201ff412faebdb1ce7bdc52ef3ac5e52d63d6.jpg) ![](../images/remote-462a78379178c3ada24d7e366f1201ff412faebdb1ce7bdc52ef3ac5e52d63d6.jpg) 机械臂 飞机和舰船的控制也需要六个自由度的描述，才能对其进行有效的操控 ![](../images/remote-1c9cf202bd3bdad39ac9a5667233f4c2ea2476ec4afaee66ea0d635a029bf302.jpg) ![](../images/remote-1c9cf202bd3bdad39ac9a5667233f4c2ea2476ec4afaee66ea0d635a029bf302.jpg) 所以很多时候，我们在描述空间时并不是只有三个轴，而是有更多的轴。 回到时间的问题上 ### 为什么时间只有一条轴？ 因为到目前为止，一个维度的几何空间就足以描述和模拟现实世界中所有事件发生的先后顺序，不需要引入更多的维度。 这就是时间只有一个轴的根本原因。 如果将来有一天，人们发现了新的现象，一个维度的时间不再能描述和模拟这个现象，需要两个甚至更多维度才能提供足够的信息，那这个时候，时间就需要更多轴了！ [知乎原文](http://www.zhihu.com/api/v4/answers/3470896203)