一般宇宙有多少个维度，为什么宇宙只有四个维度
一般宇宙有多少个维度，为什么宇宙只有四个维度在我看来，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：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。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
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智慧生物生存的膨胀期，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智慧生物繁育的膨胀期，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智慧生物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。我们作为智慧生物，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·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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