为什么宇宙只有四个维度？

BIGBON

二十世纪八十年代，物理学家们迫切希望能将宇宙中的四种基本力统一成一个单一的合力。最初他们尝试将其合为超引力，最终却不得不放弃，因为这个理论与实际有很大出入且很多预测无法得到证实。于是，另一个名为“超弦理论”的理论迅速发展壮大。

该理论诞生于上世纪七十年代，但却长期遭到忽视。直到上世纪八十年代这一理论才重新焕发生机，物理学家们正式开始对其展开研究。超弦理论至今仍是人类全面理解宇宙运转方式的最佳猜测之一。不过根据超弦理论，宇宙拥有的维度竟达26个之多！但是我们如今只能感受到其中四个维度（其中三个是空间维度，一个是100年前才发现的时间维度），这实在是很奇特的现象。

图解：无限的螺旋式时空旅行。图片来源：Sashkin / Shutterstock

这个荒谬的理论不仅让哲学家困扰，后来物理学家也一直难以接受。他们好奇心爆棚，无法毫无疑虑地接受事实，而是想知道事实为何如此。然而，最近在《欧洲物理快报》上发表的一篇文章似乎揭开了宇宙为何只有四个维度的原因。

亥姆霍兹自由能密度

当观察的距离足够大时，维度也就不存在了。只有在我们近距离观察某个物体时，维度才会出现。从足够远的距离观测，一张纸看起来就是一个点，此时展现的就是一维的效果。但是，当我们逐渐靠近物体时，可以看到四条边（二维）也显现出来了。再靠近一些即可发现第三个维度：深度。

在我看来，要想弄懂第四个维度的确是有些难度的。不过第四维度不是本文的主题，在这里就不赘言。总之我们已经明白，当我们愈发深入观察物体时，新的且更高的维度就会出现。维度就像一只洋葱一样一层一层地缠绕着。有一个明白易懂的假设：所有的维度在宇宙大爆炸发生的一瞬间聚集在一起。但由于某种原因，宇宙最终只展开放平了最初的四个维度。物理学家猜测，其他的维度均盘曲折叠在一个极小的空间里，这个空间大约只有10^-35英寸那么大！

图解：老旧的黄皮书-厚度 图源：Pixabay

所以为啥宇宙只有四个维度呢？文章显示，由于热力学第二定律（宇宙基本定律之一）的限制，其余维度无法展开。宇宙最初形成时充满了辐射和亥姆霍兹自由能密度，后者是一种对空间施加压力的热力学变量。

宇宙大爆炸发生仅数秒后，宇宙迅速冷却，亥姆霍兹自由能密度达到峰值，宇宙随之迅速“冷冻”。在此阶段，宇宙从之前我们认为存在的26个维度转变成只有四个维度。能让宇宙展开更多维度的唯一方法是，宇宙必须处于一个足够高的温度，这个温度能保证宇宙的维度能瞬时集聚。

最远的γ射线喷射
图源：欧洲南方天文台Roquette/维基百科共享资源

物理学家们的这一发现与水的相变类似。一块冰能转化成液体水的唯一方式就是受热。但是这个理论直至最近才取得进展，而为这种进退两难的问题给出答案的是人择原理。

人择原理

根据人择原理，如果宇宙和现状有所不同，作为智慧物种的人类将不会对宇宙的构造提出质疑。

热力学第二定律主要是阐释为什么时间直朝着一个方向移动，这个方向也就是我们所说的“向前”。该定律预测，在宇宙中，时间移动的方向与宇宙无序程度增加的方向是一致的。不过，这个理论的原因并不充分。只有将热力学第二定律和人择原理相结合，得出的结论才能令人信服。以下言论摘自我之前写下的一篇文章，文章解释了时间朝着一个方向移动的原因：

“假如，我们能够明白为生命奉上一朵鲜花或是一颗果实时运气有多么重要，那么在谈论我们自身时，为什么不试试相信幸运之神呢？

如果花开的那天，风再猛烈些或是土壤再坚硬些，花儿就没办法存活下来。同样，如果宇宙发生了改变，人类也将不会发出“为什么时间只流向一个方向”这样的疑问。我们认为宇宙就该如此。因为即使宇宙有所不同，当下的我们也无法观测得到！这就是所谓的人择原理。我知道这似乎有点愤世嫉俗的意味，理解起来也不容易，但是在找到与该结论相悖的证据之前，这个说法无疑就是是真实的。

由于我们生活在适宜外星人生存的膨胀期，所以我们测量时间的方向与无序度增加的方向一致。而受条件限制，生物在收缩阶段是无法测量时间的。”

由于宇宙仍处于有利于外星人繁育的膨胀期，因此时间似乎也随在着宇宙熵值的增加而增加。我们之所以感受到宇宙只有四个维度，是因为只有四个维度才能保证外星人得以顺利孕育并持续生长。

如果宇宙是二维空间，生物体将无法各自自由活动，生物间的位置一定会出现高低之分。食物在体内的消化吸收或是血液在体内的循环流通等复杂过程也无法在二维的身体里实现。我们作为外星人，自然也不会去询问，为什么宇宙拥有四个维度。

镜头下的二维世界
（图源：Edwin Abbott Abbott / 维基百科共享资源）

事实上，当地球不再绕太阳旋转，生物本身--即使是最简单的目--也会消失殆尽。当两物体的间距增加一倍时，引力在四维空间里会降低至四分之一，在五维空间里降低至五分之一，六维空间里降低至六分之一，依此类推。宇宙的维度如果高于四维，地球将无法沿着稳定的轨道绕太阳旋转，而会在低温中走向灭亡。

引力压缩和气体膨胀是太阳的成因。或许在维度更高的宇宙，这两项活动与四维空间里发生的会有所差异。再结合引力定律可以得出一个结论：太阳本身可能会提前坍塌成一个黑洞。物理学家还发现，在维度更高的空间里，甚至连原子都无法聚集形成复杂的分子，而复杂的生命体正是由这些分子构成的。

地球上的生命：丛林 游猎 大象 人 水域 河流 绿地
没有太阳，生命将不复存在（图源：Subham Dey）

斯蒂芬·史蒂芬霍金在《时间简史》中对奇特的宇宙维数作出推测时引用了人择原理。人择原理似乎毋庸置疑，但至少我们现在明白了史蒂芬霍金的说法其实并没有像在以太网专用业务上发表的文章那样对人择原理背后的原因作出解释。这一主张还有待考证。

如果事实的确如此，我们便解开了人类史上长久以来的漫长谜团名单上的一个谜团。这一猜测若得以证实，对于物理学家而言同样是一种巨大的鼓舞，因为它表明我们在统一四个基本力的并最终了解到宇宙的诞生、成长过程以及未来走向上都前进了一大步。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. scienceabc- Akash Peshin

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本文选自：今日头条

给我闪

〔宇宙定律〕

一 、物质的电磁力{吸引力}{反推力}

物质存在电磁力，同一种物质介质相互吸引，不是同一种物质介质相互推。多的物质会把少的物质推成圆球，因为两种物质都在推，而且同一种物质任何一点推力都一样大。推力又称为反推力反推力是很均匀的力。被推成球型的物质任何一点向外发出推力都一样大，但两种物质的反推力不一定是一样大。又因两种物质都在使劲推少的物质被迫成圆球。圆球是物质组成的不是空的所以有个球面称为圆球面。圆球面所受到的反推力越往球中心力线越密承受的推力越多。因圆球面任何一点都承受来自各个方向的力必然有一条力线经过球心垂直于球心，所以从球面到球心越往中心垂直力线越密越多所受到反推力也越大。故而球心所承受的反推力最大。故而越远离球心所承受的反推力越小越少。
只要中心有物质压力重力的天体，它的最外层表层必须是球形（圆球），天体的球面如果变成方形……中心不但没有物质压力而且重力也不存在。
二、光聚焦 能量聚焦、热能量聚焦、正负（反）能量聚焦

光与一切物质同在充满整个物质世界。太阳、恒星、一切星系是光聚焦取得能量，只有光永远聚焦才能永远发光发热。我们看到的会发光发热的星星、星系、恒星、太阳、行星中心，行星的卫星中心、地球中心、小行星中心、慧星中心、都是光聚焦的中心。 星星、星系、恒星、太阳、行星的外面外层都有一个圆球面可以光聚焦到中心。圆球面是平凸透镜、凹凸透镜, 只要形成平凸透镜、凹凸透镜就可以光聚焦。
光聚焦……光是用不完的循环的。
三、对环流层{上层与下层对环流}
自转与公转运动的动力层，宇宙间天体的公转自转都是有对环流层推动带动运动的。同一个星球自转有对环流层推动自转……公转有对环流层带动运动，自转与公转运动是二个环流层，二个对环流层不是在同一个中心上的。没有大气层或有大气层大气只对流不进行对环流的星球（孤独行星、流浪行星）、行星、小行星、行星的卫星是一定不会自转的。
???………………………………

【真实的宇宙形态结构】

宇宙是时间无限空间无涯物质有限世界。空间存在着一个一个大型的物质世界它们是没有相连被真空隔离。各个物质世界都遵循同样的物理规律，我们生活在其中一个大型物质世界里。
我们的大型物质世界最多最外层的物质紧紧的吸引在一起它的外型是可以任何形态。它把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个大圆球都有一个圆球面及一个中心，我们就在其中一个大圆球面里面。这个大圆球内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心，其中一个大圆球就是我们的圆球……………………总星系。总星系有一个圆球面及一个中心。在总星系圆球面内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心。其中一个大圆球就是我们的圆球银河系它有一个圆球面及一个中心。银河系内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心，其中一个大圆球就是我们的圆球太阳系它有一个圆球面及一个中心，太阳系内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心，其中一个就是地球系（包括月球），地球是中心它的圆球面在月球之外，地球气态圆球面内的最多气态物质又把月球及其他各种各样不相混合的气态物质反推成一个一个圆球。

这些大大小小从大到小的圆球刚刚形成光‘就聚焦在它们的中心点上使中心发光发热，太阳、行星中心、银河系中心、总星系中心、星系中心、恒星都是有光聚焦才发光发热的。因光聚焦在中心点上发光发热就会发生对流 对环流。每一个中心点上有一组或多组对环流层，接近中心的对环流层可带动中心转动自转，远离中心的对环流层可推动天体、星系、恒星、物体、物质、行星等等绕中心公转。月球有气态层只有局部的对流没有对环流所以没有自转只有公转，月球公转是地球最外面的一组对环流层推动月球绕地球公转的……其它行星的卫星公转类同。靠近地壳的对环流层(有对流层与中间层组成交替环流）带动地球自转其他行星自转类同。地球月球在同一个圆球面内被太阳系的对环流层推动绕太阳公转的其他行星公转类同。太阳系圆球面内全部行星被银河系的对环流层推动绕银河系中心公转的其他恒星系公转类同。银河系圆球面内的恒星系被总星系的对环流层推动绕总星系中心公转的其他星系仙女系公转类同。总星系圆球面内的星系被更大的对环流层推动绕更大的中心公转。就这样以此类推外面外层到底有多少层次我不敢下决定…… 根据天文文明可能有三十六层

jhg001002

宇宙的维度不以时空划分，时空作为实体并不存在，而是以能级划分

yehangdy

[抠鼻]根本就没有第四个维度：时间，时间是人类计时所创造的，其实时间是根本不存在的！[酷拽]

badmanchan

7个维度蜷缩，4个维度伸展