美國物理學家證實「二維世界可能存在生命」，是真的嗎？

圖片：geralt / CC0

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原本覺得是個神棍文章，細心看了一下還有點意思。不外這個文章分類在高能物理，我看不太懂具體推導，只能大要詮釋一下了。

簡單來說，作者機關了一種和廣義相對論分歧的引力理論，申明在這個理論模子下，2+1D 時空可以存在近似于我們宇宙中的星系。而且發此刻二維空間中的神經收集可以實現與三維收集近似的復雜度。

下面的內容根基來自于題本家兒提到的新聞和原文的 introduction 部門。

先介紹一下布景吧，之前科學家遍及認為生物只能存在于 3+1 維時空（3 維空間，1 維時候）。因為跨越三維的空間里，牛頓引力不會發生不變的周期性軌道，因而高維空間里的行星和恒星的距離不會是不變的，溫度也不會是不變的，所以很難發生生物，至少是近似于地球生物的這種需要不變溫度的生物。

在 2 維空間中，之前人們認為有幾個原因導致生物無法存在。第一個仍是引力的問題。廣義相對論要求 2+1 維時空是處處平展的，也就是說 2+1 維時空里的行星感觸感染不到恒星引力的存在（除非繞恒星一圈），也就不存在牛頓引力，所以無法形當作我們宇宙中的星系。第二個原因是，2+1 維時空的生物不克不及有單標的目的的消化管道。若是我們用一張紙代表二維生物，用一根線代表消化管道，消化管道兩段必需毗連到生物體外面，也就是說這根線必需從紙邊緣某處起頭，到邊緣另一處竣事，那么這條線必然把紙分為不連通的兩部門。也就是說，單標的目的消化管道會將生物體劈當作兩半。第三個原因是二維空間里，兩條神經無法跨過對方，導致神經收集復雜度比三維低良多，因為不克不及形當作復雜的生物神經系統。

這篇文章本家兒要對于第一個原因（引力問題）和第三個原因（神經收集）給出了別的的可能。

作者假設 2+1 維時空不必遵守廣義相對論，作者給出了一個與廣義相對論分歧的 2+1D 的標量引力理論，在這個理論模子里，引力可以傳布，所以時空可以不再是平展的，并且可以存在近似于三維的牛頓引力，這樣就可能存在不變的軌道以及與我們相似的宇宙系統。

至于神經收集，作者認為三維的神經收集的復雜功能本家兒要來自于兩點：小宿世界收集(small-world network)和臨界現象(criticality)，這兩個詞是我本身隨便翻譯的。。。有更精確的翻譯煩請列位告訴我。

小宿世界收集是指這個收集中大大都節點不相連，可是一個節點的鄰人節點大大都是相連的，這樣的收集布局有一個性質，就是肆意兩個節點經由過程少量的邊就可以毗連起來（邊的數目=log(總節點數)），這就意味著，我們的大腦固然有良多良多的節點（神經元），可是任何兩個神經元只需要經由過程少量的中心神經元毗連到一路。這樣既包管了大腦的復雜度，又包管了大腦內部溝通的高效。

臨界現象是指，在必然規模內，神經元會一路發出旌旗燈號或者一路休眠，這使得神經收集對外來的刺激更敏感。插一句，這個現象其實和物理里面的相變是一樣的，在相變點，系統任何兩個處所都是聯系關系的（聯系關系長度趨于無限），所以對于外來的擾動很是敏感。好比 0.1 度的水就是液體，可是 -0.1 度就是固體，所以在 0 度四周對于溫度的轉變很是敏感。不外相變點是一個點，然后在實際糊口中沒法子讓系統處在一個特心猿意馬的點上（比如你永遠無法精確的讓水處在 0 度）。所以收集里必需存在某種機制，然這個收集在必然規模內都對外界刺激很敏感（Griffith phase）。

在 2+1D 時空中的收集布局，盡管不存在嚴酷的小宿世界收集，可是作者找到了一族隨機收集，它們近似知足小宿世界收集的性質，而且可以在很大規模內都展示出臨界現象。

所以這篇文章本家兒如果說，引力和神經收集復雜度不會限制生命在二維宿世界存在，當然作者也認可，還有一些此外可能的限制存在，好比之前我們提到的消化管道的問題。

下面扯一點虛的，生命的發生過程很是復雜，即使對于三維宿世界我們到此刻也知之甚少。即使引力和神經收集的限制不存在，仍然可能有其他復雜的身分導致生命無法存在；但從另一個角度來講，生命的形態是由情況決議的，地球上有陽光、空氣和水，所以地球的生物操縱它們保存，但我們憑什么假設所有的生命都需要這三要素呢？也就是說，即使在二維宿世界里沒有不變的星系、沒有復雜的神經收集，生命也有可能存在，只不外是以一種超乎我們想象的體例。