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都市天龙 一米水田:生命可能存在于二维宇宙当中

2019-07-01 21:18 来源:南京综合网 对此文章感兴趣的有:
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物理学家和哲学家长期以来一直认为,生命只能在像我们这样具有三维空间和一个时间的宇宙当中形成。现在,这种想法可能需要修正下了。

为什么我们生活在具有三维空间和时间的3 + 1维度的宇宙中?为什么不是其它一些组合,例如四维空间或两维时间?

生命可能存在于二维宇宙当中

先让我们简单了解下维度概念。0维是一点,1维是线,2维是一个长和宽(或曲线)面积,3维是2维加上高度形成体积面,4维则是3维加入另外一个维度的超高度形成的超体积面。

我们生活的这个宇宙是一个由长、宽、高三个维度所构成的空间,相对论的诞生以及相应的数学发展使得实际空间的性质有了其它的可能性,比如将时间和空间整体地作为四维的连续统一体进行看待。弦理论问世以后,用三维空间来描述现实中的宇宙已经不再足够,而需要用到更高维的数学模型,如十维空间。

近几十年来,物理学家通过研究其它宇宙的性质来研究这个问题,看看它们中是否存在复杂的生命。他们得出结论是:生命不可能存在于具有四个维度的宇宙中,也不会存在于具有一个以上维度维度的宇宙中。人类发现自己处于3 + 1维(长、宽、高和时间)宇宙中的这一事实是不可避免的。

这被称为人类论证,即宇宙必须具有观察者生存所必需的属性的观点。

更简单的宇宙是什么,例如2 + 1维的宇宙?物理学家认为,两个空间维度不允许支持复杂性生命。他们还认为引力不会在两个维度上起作用,因此太阳系类型的物体无法形成。

生命可能存在于二维宇宙当中

美国加州大学戴维斯分校的詹姆斯·斯卡吉尔博士后研究员

但这是真的吗?美国加州大学戴维斯分校的詹姆斯·斯卡吉尔(James Scargill)博士后研究员推翻了之前所有人的结论,他的研究论文提出:2 + 1维宇宙可以支持重力和生命所需的复杂性。这个观点颠覆了宇宙学家和哲学家的论证。

这里面一个重要的科学难题是为什么物理定律似乎对生命进行了微调。例如,精细结构常数的数值似乎是一定的(约1/137),很多物理学家指出,如果它略有不同的话,原子和更复杂的物体就不能形成。在这样一个宇宙中,生命是不可能存在的。

人类学的方法上来讲,如果精细结构常数取任何其他值,就没有观察者可以衡量它。这就是为什么它具有衡量的价值。

在20世纪90年代,麻省理工学院的物理学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)就宇宙中的维度数量提出了类似的论点。他认为,如果存在多个时间维度,物理定律将缺乏观察者进行预测所必需的属性。这当然似乎排除了物理学家的存在,也许也排除了生命本身。

然后是具有四个空间维度的宇宙的属性。在这种宇宙中,牛顿的运动定律对微小的扰动非常敏感。一个结果是不能形成稳定的轨道,因此不会有太阳系或其他类似的结构。 泰格马克说:“在三维以上的空间中,没有传统的原子,也许没有稳定的结构。”

因此,在比我们更多维度的宇宙中,生命的条件似乎不太可能。但是这个论点适用于具有较少维度的不太安全的宇宙。

一个观点认为广义相对论不能在两个维度上起作用,因此可能没有引力。

但詹姆斯·斯卡吉尔还有别的观点。在论文中,他表明了一个更简单,纯粹的标量,引力场可能在两个维度上,这将允许稳定的轨道和合理的宇宙学

但他更令人印象深刻的成果是展示了复杂性如何在2 +1维度中出现。 斯卡吉尔从神经网络的角度来解决这个问题。他指出,生物神经网络的复杂性可以通过任何二维系统必须能够再现的各种特殊属性来表征。

其中包括“小世界”属性,这种连接模式可以在很少的步骤中遍历复杂的网络。大脑网络的另一个特性是它们能在从高活动到低活动的过渡之间微妙平衡的制度中运作,这种制度被称为临界。这似乎也只有在具有模块化层次结构的网络中才有可能,其中小型子网络组合在一起形成了更大的网络。

因此,斯卡吉尔提出了这样的问题:是否存在具有“小世界属性”,“模块化层次结构”和“关键行为”所有这些特征的二维网络?

起初,这似乎不太可能,因为在二维图当中,节点通过彼此交叉的边连接。然而,斯卡吉尔表明二维网络确实能够以模块化方式构建,并且这些图形具有某些小世界属性。

他还表明,这些网络可以在两种行为之间的转换点运行,因此证明了其重要性。

他说:“它们大约是'小世界',具有分层和模块化结构,并且它们显示出某些随机过程的关键行为的证据。”

生命可能存在于二维宇宙当中

2D网络可以支持令人惊讶的复杂行为

这是一个非常有趣的结果。 它表明2D网络可以支持令人惊讶的复杂行为。 当然,现在并不能证明2 + 1宇宙可以支持生命。

斯卡吉尔指出,需要做更多的工作来发现他所描述的2D网络的类型是否能够解决生物中观察到的复杂行为。”


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(责任编辑:金陵城事



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