251 votos

Muletas intuitivas para el pensamiento dimensional superior

Una vez escuché un chiste (no muy bueno, lo admito...) sobre el pensamiento dimensional superior que decía lo siguiente

Un ingeniero, un físico y un matemático discuten sobre cómo visualizar las cuatro dimensiones:

Ingeniero : Nunca lo entiendo

Físico : Oh, es muy fácil, sólo imagina un espacio tridimensional sobre un tiempo que añade su cuarta dimensión.

Matemático : No, es mucho más fácil que eso; sólo imagina $\mathbb{R}^n$ entonces establece n igual a 4.

Ahora bien, si alguna vez se ha encontrado con algo manifiestamente cuatridimensional (en contraposición a 3+1 dimensiones) como la unión de 2 esferas, queda bastante claro que lo que dice el físico no es suficiente o, al menos, necesita algo más de elaboración tal como está.

La respuesta del matemático es abstrusa por el diseño de la broma, pero, modulando algunos gráficos y delimitando los 3 pliegues, parece ser ciertamente la perspectiva dominante, al menos en los artículos publicados. La situación me recuerda la vieja cita de Von Neumann sobre "...nunca entiendes las cosas. Sólo te acostumbras a ellas", y quizás eso es lo mejor que se puede hacer en esta situación.

Pero una de las principales razones de mi interés por la geometría es la intuición adicional que se obtiene al estar en un espacio un poco parecido al propio, y sería una pena perder eso tan bruscamente, de la forma en que lo hace el ingeniero, al ir más allá de las 3 dimensiones.

Lo que busco, de esta comunidad de matemáticos incontablemente sabios y más experimentados que yo, es una muleta -cualquier cosa que facilite ver, por ejemplo, el enlace de las esferas-, ya sean simples trucos, artículos útiles o diagramas motivacionales esotéricos (pero, espero, finalmente útiles): cualquier cosa que me ayude a ser mejor que el ingeniero.

Se aplican las normas de la wiki comunitaria: una idea por mensaje, etc.

13voto

Una forma es relajar los ángulos rectos. Es decir, imaginar un espacio 4d sin bases ortogonales.

Toma una pirámide. El punto superior es el origen. Cada una de las aristas que recorren los lados son ejes. Llamémoslos x-, y-, z- y w-.

Imagina una línea desde el origen hasta la mitad de la base cuadrada en la parte inferior. Es la línea x = y = z = w.

Una pirámide pentagonal sería suficiente para 5d. Y, curiosamente, un cono bastaría para infinito-d. A veces es útil pensar que cada uno de estos ejes "actúa" sobre la línea o la "forma" plana (la línea, x = y = z = w es quizás una de las más simples, pero por supuesto cualquier ecuación puede ser visualizada dentro de la pirámide o el cono...).

Sin embargo, hay que tener en cuenta que ésta es sólo una "visión" o proyección del espacio 4D en el espacio 3D. El espacio geométrico real ortogonal de 4d no es (creo) visualizable en el espacio geométrico ortogonal de 3d. Sólo podemos ver una proyección de su aspecto.

11voto

Prasham Puntos 146

Existe un sistema de visualización de la cuarta dimensión utilizando cubos de colores que se encuentra en un apéndice de La cuarta dimensión un libro de Hinton sobre la cuarta dimensión. Ese libro está disponible en google books.

Una famosa alumna de los Hinton fue Alice Boole. Ella aprendió el sistema y utilizó sus habilidades para visualizar figuras en la cuarta dimensión para publicar varios artículos. Ella más tarde se casó con un Sr. Stott, por lo que también puede también se la conoce como Sra. Stott en algunos en algunos escritos que hacen referencia a su trabajo. Aquí es un capítulo de una disertación que trata sobre su trabajo.

9voto

helper Puntos 26

Gran pregunta, y muchas buenas respuestas. Hace mucho tiempo me hice la misma pregunta y me esforcé bastante en escribir un software 3D interactivo que mostrara objetos 4D proyectados en el espacio 3 para ver hasta qué punto es posible una verdadera visualización 4D en la forma en que entendemos fácilmente el 3D. Después de muchos años me di cuenta de que es realmente imposible, por la sencilla razón de que evolucionamos en un mundo 3D. Los ordenadores no tienen problemas para manejar cualquier número de dimensiones, pero eso es porque evolucionaron para responder a preguntas sobre todo tipo de matemáticas abstractas. Esto no quiere decir que no podamos desarrollar una muy buena comprensión intuitiva de los objetos en 4D a partir de sus sombras en 3D. Sólo digo que estoy convencido de que nadie puede visualizar la 4D como la mayoría de la gente visualiza la 3D sin esfuerzo.

Mi mejor sugerencia es pasar algún tiempo usando el cubo de Rubik de 4 dimensiones que un amigo y yo desarrollamos llamado MagicCube4D . No es necesario que intentes resolver el puzzle completo. En primer lugar, basta con rotarlo en el espacio 4 (arrastrando las mayúsculas) para saber al menos qué esperar de sus proyecciones resultantes. Trabajar para resolver cubos revueltos con sólo uno o dos giros aleatorios es un gran ejercicio para entrenar aún más tu cerebro hasta el punto de que no te suponga ningún esfuerzo. Realmente ayuda tener algo que realmente hacer en el espacio 4, en lugar de limitarse a ver cómo se doblan y transforman las proyecciones al girar.

A pesar de que más de 100 personas han resuelto el rompecabezas 3^4 completo, ninguna de ellas entiende realmente el objeto en sí mismo, pero se sienten muy cómodas y hábiles al manipularlo. Quizás una cosa clave a tener en cuenta es que este rompecabezas sólo muestra las "caras" en 3D de un cubo en 4D. Podemos entender perfectamente esta hipersuperficie, pero el volumen del espacio 4D que contiene sigue siendo completamente desconcertante para mí. Mi sensación es que esto es lo mejor que podemos esperar conseguir.

7voto

Effata Puntos 1514

Ya se ha mencionado la serie "Dimensions", que es absolutamente fabulosa, pero creo que "No nudo" se acerca más al espíritu de la pregunta. Sí, tiene lugar en "sólo" 3 dimensiones, pero ya hay mucho que aprender allí. Espero recordarlo correctamente: Thurston dijo que hay que entender la geometría de un colector desde el interior Y de eso trata la película. Oh, cómo me gustaría que el Centro de Geometría siguiera funcionando y produjera más...

7voto

Daniel Puntos 118

Para los polítopos convexos de 4 dimensiones, los diagramas de Schlegel son una muleta muy intuitiva. Ver:

http://en.wikipedia.org/wiki/Schlegel_diagram

Además, hay un extracto en línea de "Lectures on Polytopes" de Gunter Ziegler que tiene un capítulo en el que se habla de los diagramas de Schlegel.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X