為什么宇宙是四維時空呢？

在20宿世紀80年月，物理學家火急但愿把宇宙中的四種根基感化力同一起來。第一次測驗考試是成長當作所謂的“超引力”，但因為年夜量的矛盾和未經證實的展望，最終不得不將其丟棄。此后，另一個新興的理論是弦理論。

這個理論降生于20宿世紀70年月，不外直到20宿世紀80年月才被人們存眷，從頭風行起來，物理學家起頭當真研究這個理論。弦理論仍然是今朝比力有但愿的年夜同一理論之一，可是按照這個理論，宇宙可能存在于11維度的時空之中（超弦理論認為是26維）。是以，出格奇異的是，我們只接觸了此中四個維度，即三個空間維度，以及一個時候維度。

這個問題讓哲學家和物理學家猜疑不已，但比來頒發在《歐洲物理快報》（Europhysics Letters）上的一篇論文似乎揭示了為什么我們的宇宙只存在于四維時空中。

亥姆霍茲自由能密度

從足夠遠的距離看物體時，維度就不存在。只有當我們近距離不雅察一個物體時才會呈現一個維度。從一個半斤八兩長的距離來看一張紙，它似乎是一個點，看起來是一維的。當我們離的越來越近時，四條邊會逐漸閃現。此刻，當我們極其接近的時辰，會發現第三個維度：深度。

根基上，跟著我們越來越深切地挖掘，會呈現新的或更高的維度。就像洋蔥一樣，這些維度盤繞當作良多層。是以有一個顯而易見的假設是，在宇宙年夜爆炸之后的剎時，所有的維度都擠在一路，可是出于某種原因，宇宙最終只把前四個維度睜開并變平展。物理學家思疑，其他維度是卷曲的，它們蜷縮在最小標準空間——普朗克空間之中。那么，為什么宇宙只睜開四個維度呢？

論文指出，其他維度因為熱力學第二心猿意馬律而禁止睜開。熱力學第二心猿意馬律是宇宙的根基心猿意馬律，它暗示宇宙中的熵會逐漸增添。新生的宇宙布滿了輻射和亥姆霍茲自由能密度，這是一種對空間施加壓力的熱力學量。

宇宙年夜爆炸后的幾秒鐘，跟著宇宙剎時冷卻，亥姆霍茲密度達到了最年夜值，宇宙立即“凍結”了。在這一階段，之前存在于所有維度中的宇宙，這時被限制于此中的四種。我們的宇宙標的目的更多維度睜開的獨一體例是它存在于臨界溫度之上，但宇宙在臨界溫度之上只持續不外一秒的時候。

物理學家的這個發現近似于水履歷的相變。只有當冰塊被加熱到某個臨界溫度時，它才能改變當作液態水。固然這一理論比來獲得了存眷，但還有一種理論可以用于回覆這種棘手的問題——人擇道理。

人擇道理

按照人擇道理，若是宇宙有所分歧，那么就不會有聰明物種來談論它。

熱力學第二心猿意馬律本家兒要詮釋了為什么時候只朝一個偏向上移動，我們稱之為“標的目的前”。該心猿意馬律展望，我們宇宙中時候的移動偏向與它無序度增添（熵增）的偏向是不異的。然而，這種推理是不完整的。只有當我們把這種心猿意馬律與人擇道理連系起來時，才會有一個令人信服的論點。

若是宇宙的前提有任何分歧，那么可以或許問“為什么時候只在一個偏向流動？”的聰明生命不成能呈現。我們看到的宇宙此刻的樣子，是因為若是它有什么分歧，我們就不會在這里去不雅察它。這被稱為人擇道理。

我們只在四維空間中體驗宇宙，因為四個維度對聰明生命的起頭和維持是有利的。若是宇宙是二維的，生物體就無法彼此環抱移動。它們只能越過另一個生物體或者在其下方滑動。我們身體中的食物消化和分化或血液輪回的復雜體例在二維身體中是不成能實現的。我們底子就不會存在。

事實上，不僅是生物，就連宇宙中最簡單的秩序也會消亡，因為地球將無法環繞太陽扭轉。在四維時空中，當兩個天體之間的距離增添了一倍時，引力強度削弱4倍，但在五維時空中削弱5倍，在六維時空中削弱6倍。在一個更高維度的宇宙中，地球可能無法在一個不變軌道上環繞太陽運行。

也許與四維時空比擬，在更高維度中形當作太陽的引力壓縮和氣態膨脹會變得分歧。若是我們引力心猿意馬律發生轉變，太陽自己可能就不會形當作，而是坍縮當作黑洞。物理學家發現，在更高維度中的原子可能也不會堆積形當作復雜的分子以組成復雜的生命。

關于人擇道理，霍金在《時候簡史》中有過引述。人擇道理看似狡辯，但有可能是真的，除非我們找到了相反的證據。

發表于 2018-06-11 00:00
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