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一个看起来很基础但是却令科学家无比头疼的问题，可能真的是这样吧，越简单的问题回答起来就越是困难，比如看门老大爷的夺命三问：你是谁？你从哪里来？你要去哪？这样的问题绝对能够让人无语，本期文章继续来聊一个依然是很基础但却依然很深奥的问题，那就是关于空间维度的讨论。 时间的维度有一个，空间的维度有三个线——是一维的。 平面——是二维的。 立体空间——是三维的。  图解：三个空间维度 而我们就生活在一个三维的空间世界或者也可以叫做四维的时空中，时间的维度有一个，空间的维度有三个，我们可以前、后、上、下、左、右移动，却也只能在这三个互相垂直的方向上移动，当我们确定了一个物体的长、宽、高以后它的形状也就确定了，这个世界上有且仅有三个相互垂直的空间方向，不多也不少刚刚好，于是一个令无数物理学家挣扎的问题就又来了，为什么我们所处的空间不偏不倚刚好三维呢？难道二维和四维就不可以吗？ 物理学界在解释这个问题的时候往往是束手无策的，因为物理定律并不排斥更高或者更低的维度，一般来说，物理定律以及表示物理定律的物理公式在任何维度下都是成立的，比如我们上中学学物理时学的第1个公式“s=vt”，速度（v）乘以时间（t）等于路程（s），这个定律在任何维度下都是成立的，甚至连公式都不需要做任何的变形，有些公式在其他的维度下虽然也是成立的，但是需要做一定的变形，比如说万有引力定律，在我们所处的三维空间世界中，引力和距离的平方成反比，而到了四维空间，引力就不是和距离的平方成反比了，它与距离的三次方成反比，到了五维空间中，引力和距离就成四次方成反比的关系了，以此类推等等。如果仅仅用物理定律成立的角度来看，似乎空间没有必要必须是三维的，四维、五维、二维也是可以存在的。  时间的维度有一个，空间的维度有三个 为什么空间一定是三维的呢？回答这个问题有一个特别流氓的定理，那就是——人择原理。人择原理非常的霸道，它似乎可以解释许多我们完全无法理解的事物，但是人择原理还有一个问题，那就是它可能几乎就没有回答或者说它的回答可能没有任何的实际解释价值。 人择原理是这样的：当我们尝试解释为什么我们的宇宙是这样的时候，人择原理给出的回答是，因为只有这样的宇宙才能允许人类这样的智慧生命存在，才有可能思考宇宙这样的概念，宇宙如果不是这个样子，就不会有我们这样的智慧生命来讨论它，如果用人择原理来解释为什么空间是三维的这个问题时呢？答案就是如果空间不是三维的，那么就不会适合生命存在，就不会有像人类这样的智慧生命去观察和思考这个问题。 我们能够提出这个问题的前提，正好是这个问题本身，这样说可能稍显有点复杂了，如果换句通俗易懂的话，就是为什么空间是三维的呢？因为它必须是三维的。  如果想用人择原理回答，为什么空间是三维的这样一个问题，就必须承认一个事实，那就是只有三维空间才是像人类这样的智慧生命所能产生的最佳场所，这似乎听起来很有道理，比如我们的大脑是由三维中交叉的神经元组成的，我们的消化道是圆柱体的管道，我们的基因蓝图是一条三维的螺旋，也许空间的维度和其他一些物理学的常量，比如说引力常量、普朗克常量、光速常量一样都是宇宙的基本常数，它们共同决定了这个世界是否有可能产生生命以及是否有可能产生像人类这样的智慧文明。  不可能被证伪的原理——人择原理从上面的分析可以知道，人择原理与其说是原理，还不如说是一堆逻辑性的语言，它还有一个问题就是它也不可能被证伪，不过还是有一些学者认为“人择原理”还是有一定的合理性的。1917年奥地利物理学家 保罗·埃伦费斯特(1880年1月18日-1933年9月25日)曾经写过一篇文章，他证明了三维才是描述我们这个世界最完美的维度，想要解释他的想法，就必须把经典力学中非常著名的定理贝朗特定理拉出来了。  贝朗特定理，说起来也很复杂，它指的是对于所有受到向心力的支点，只有当向心力遵循平方反比定律或者胡克定律两种形式时才有可能得到闭合的轨道。简单来说，就是像行星围绕恒星运动这样的情况，只有当向心力遵循平方反比定律时，才有可能得到闭合的轨道。  上述已提及到物理定律在不同的维度下，可能是需要作一定程度的变形的，以最经典的万有引力定律来说，在三维世界万有引力和距离的平方成反比，而到了四维空间，行星在围绕恒星运动时，它所受到的万有引力和距离的三次方成反比，根据贝朗特定理，四维空间的行星是无法形成像我们这个世界中的椭圆和闭合的轨道的，这就意味着恒星系统是无法稳定的存在，不会有像我们太阳系这样稳定的星系，这就会带来一个问题，那就是不稳定的星系很难使生命自然萌芽和发展。 与万有引力类似的是原子核与电子之间的电磁力，描述这种作用的定律是“库伦定律”，库伦定律和万有引力定律类似，在三维的空间中它和距离的平方成反比，而在四维空间中与距离的三次方成反比，所以四维空间中，电子无法形成稳定的围绕原子核旋转的轨道，也就是说在更高的维度上，不存在稳定的原子结构，电子会因为辐射而掉进原子核里面，如果原子都不复存在了，那么世界会变成什么样子呢？我们不得而知，我们只知道一点，像我们这样的生命是不会出现的。  还有其他学者从其他的角度论证了三维世界才是最稳定的世界，比如“超弦理论”，超弦理论有一种“膜”宇宙的说法，超弦可以理解成我们的宇宙其实是一张三维的“膜”，漂浮在更高维度的空间中，除了我们的宇宙之外，其他的每一个宇宙都可以理解为一个不同维度的“膜”，在一个多维的世界中，有一个结论，那就是“膜”的维度越高，就越容易和其它的“膜”碰撞，这个结论是如何产生的呢？为什么维度越高就越容易相互碰撞的呢？  关于这点，可以举一个低维空间的例子： 比如在一张纸上，如果我们随意画两条直线或者随意描两个点，那么是两条直线相交的概率高，还是两个点相遇的概率高呢？ 答案是显而易见的吧，两条直线如果是不平行的，那么在平面上就一定会相交，而平面上有无数个点，两个点重合的概率几乎可以忽略，推广到三维空间结论也是一样的，比如在我们的宇宙中如果随意画两个面，再随意画两条直线，那么是两个面相交的概率大还是两条直线相交的概率大呢？ 答案也是确定的，一定是两个面相交的概率大，因为面是二维的，而线是一维的，在超弦理论“膜”宇宙假设所创设的世界中，维度越高的宇宙和其他的宇宙相碰撞的概率也就越大，当碰撞发生的时候，“膜”就有可能融合，然后湮灭形成引力子。 有科学家曾经做过一个电子的模拟实验，按照“膜”宇宙的理论，他们模拟了一个早期的九维超空间世界，这个世界中有无数个三维、四维、五维、六维、七维、八维的宇宙，计算机模拟的结果表明宇宙从九维演化到三维的几率是最大的，那些高维的宇宙很可能短暂地存在过，但在激烈的相互碰撞中烟消云散，只有三维的宇宙能够在很大的程度上减少碰撞以后被消亡的命运，于是我们所处的宇宙幸存了下来。  二维世界能够产生生命或者智慧生命吗？刚才有两个理论分析了一个能够产生智慧的文明，不太可能超过三维，现在问题来了二维世界能够产生生命或者智慧生命吗？如果按照“膜”宇宙的理论，二维的宇宙应该是更不容易和其他的宇宙发生碰撞，留下来的可能性应该更大才对，那么二维的世界中能否存在生命吗？ 存在或者不存在，这个真的挺难说的，毕竟目前为止科学界连生命的定义都没有完全的达成一致，这里暂且认为二维的世界可能存在生命并且给它取一个名字——“纸片人”。纸片人是一个生活在二维纸面上的人，对他来说只有前、后和左、右两个维度，没有上也没有下，他们是用一条条线组成的一个平面的形状，纸片人想要存在的话，首先要解决2个非常棘手的问题。
按照广义相对论的理论，在二维的空间下，时空应当是处处平坦的，处处平坦代表什么呢？就是不存在引力，可如果引力都不存在的话，那么这个世界又应当是如何的混沌呢？这个世界很难有生命的产生，于是没有办法，科学家只好开一个更大的脑洞，既然广义相对论让二维的时空不太适合产生生命，那么就干脆假设广义相对论在二维的空间中不成立好了，他们改进了广义相对论的引力理论，使得时空在二维空间的宇宙依然是不平坦的，依然能够产生引力，这样的二维世界中依然可以产生与我们宇宙类似的行星系统。 
纸片人要解决的第二个棘手的问题是如何吃东西的问题，任何生命都需要与外界交换能量，科学一点的说法是从外界吸进负熵，庸俗一点的说法是吃、喝、拉、撒。二维的世界中，如果纸片人也需要吃饭，并且吃进的食物不能完全消化还要排出体外的话，就会面临很大的困难了。 人类这种三维世界的生物可以有一条隧道，从口腔一直到肛门，一直贯穿全身完成整个消化的过程，但对于二维世界的纸片人来说，如果也给他加上一条直贯穿全身的隧道，纸片人立马就会被这条隧道一分为二，分成两半了，所以二维生命很难像三维生物这样有一条直贯穿全身的消化隧道。对于纸片人来说，这个问题也不算特别难解决它们有两条路径可以选择：
 目前没有任何确切的理论能够排斥二维空间中能够产生生命的可能性二维比我们现在生活的三维空间少了一个维度，让我们想象二维空间世界显然比我们想象四维世界要简单的多，如果二维世界和二维生物真的存在的话，在它们的眼中我们恐怕就像神灵一般了，我们甚至可以像神灵观察世间一样，处于一个上帝的视角，站在一个它们完全感受不到的地方进而观察它们的一举一动，在它们的世界中囚禁一个罪犯，只要画一个圆弧把它关进去就可以了，可是我们就像神一般可以通过其他的维度轻易的把它们关进去的罪犯拿出来。 在纸片人的眼中，我们又是什么样的形状呢？ 由于二维生物只能感受到平面上的事物，所以三维的物体在二维生物的眼中可能只有一个截面，假设纸片人只能看到我们身体其中的一个横截面，那么对于它们来说我们可能一直处于不规则的变化之中，比如站着和躺着的时候形状是完全不同的，随便活动一下形状也都一直在变化，对它们来说它们完全不能理解我们的形状为何如此变化多端，也完全不能够理解为什么我们能够让它们囚禁的罪犯轻易的越狱。对于不能理解的事情，人类往往归咎于神灵，二维世界的纸片人应当也是一样的吧。 如果能够解决二维生物看待我们的情况就不难理解四维生物在我们三维世界中会是什么样子的了 四维空间的生物对我们来说其实也同神灵一般，它们可以轻易地把我们所在保险柜中的金银珠宝拿走，没有任何人能够完整描绘它们的模样，因为它们的模样也一直在不断地变化，过了一会它很有可能消失不见，有一句非常悲哀的话，但是很有道理，想象一下，当你抬起脚杀死一只蚂蚁是多么简单的事情，而四维空间的生物想要弄死我们，也许比我们踩死一只蚂蚁还要简单。 黄媂结语·宇宙中的人类我们依然生活在这个三维的世界中，提到的二维宇宙、四维空间以及其他维度的生命，目前来说都是理论上才存在的东西，在现实的世界中我们根本找不到，现实的世界中我们还是王者，所以大家没有必要过度的悲哀。 这期文章主要讨论了宇宙为什么必须是三维的，科学家也举出了很多假说来证明宇宙一定要是三维的才能适合生命的存在。可是在我们偌大的宇宙中，很多现象是我们完全没有办法解释的甚至完全没有办法想象，也许整个银河系也只不过是某个外星人手中的一颗棋子罢了，能力有限想象无限，也许正是我们对这个宇宙应该有的态度，因为毕竟未来的某一天，我们注定将会离开这个我们生存了几十亿年的地球，成为宇宙中的人类。 |
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