為什么我們的空間是三維的
天高任鳥飛,海闊憑魚躍。太陽系外還有許多恒星,銀河系外還有許多星系。我們生活在遼闊的空間中。這個空間的最大特征是三維,即空間的每個點可被前后、左右、上下三個互相垂直的獨立方向來定位。如果一個空間除了用長、寬、高之外,還需要用第四個與前三者都垂直的方向和尺度來描寫和定位,那么這樣的空間就是四維空間了。以此類推,還可以有更高維空間。在數學上,高維空間是可行的,但即使我們動用最龐大先進的物理儀器也難以覺察到它們的存在。
行星軌道
我們的空間取三維也是有道理的,與我們的生存有關,維數多了少了都不能理解自然的生命存在。簡單地說,維數大于三維,連穩定的行星軌道都沒有;維數小于三維,就沒有生命世界需要的復雜結構。
在我們三維空間中的行星軌道是穩定的。根據牛頓運動定律,引力與距離的二次方成反比,慣性離心力和引力向心力恰好可以達到平衡和穩定(更準確地說,行星軌道是橢圓)。但是在高維空間中,雖然慣性離心力的規律仍不變,向心的萬有引力的規律卻改變了。高維引力場的強度不再與距離的二次方成反比,而是與距離的三(或更高)次方成反比。于是行星運行過程中向心力和離心力間的平衡性質就被改變了,由三維空間中的穩定平衡變成了高維空間中的不穩定平衡。因此高于三維的空間就沒有穩定的行星軌道,甚至連穩定的原子結構都沒有。
低于三維的空間沒有復雜結構,這點很好理解。例如,要想讓變形蟲的進食口與排泄口不是同一處,二維變形蟲就得被腸道分為不相連接的兩半,它就不是一個整體了。因此,即使有高維空間,它也必須得緊致到宏觀三維。這在弦理論中卻是一個不小的難題。為什么宇宙大爆炸只擴展其中三維,其他額外七維卻保持緊致而不擴展,也是一個很大的謎。
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