为什么宇宙是四维时空呢？

在20宿世纪80年月，物理学家火急但愿把宇宙中的四种根基感化力同一起来。第一次测验考试是成长当作所谓的“超引力”，但因为年夜量的矛盾和未经证实的展望，最终不得不将其丢弃。此后，另一个新兴的理论是弦理论。

这个理论降生于20宿世纪70年月，不外直到20宿世纪80年月才被人们存眷，从头风行起来，物理学家起头当真研究这个理论。弦理论仍然是今朝比力有但愿的年夜同一理论之一，可是按照这个理论，宇宙可能存在于11维度的时空之中（超弦理论认为是26维）。是以，出格奇异的是，我们只接触了此中四个维度，即三个空间维度，以及一个时候维度。

这个问题让哲学家和物理学家猜疑不已，但比来颁发在《欧洲物理快报》（Europhysics Letters）上的一篇论文似乎揭示了为什么我们的宇宙只存在于四维时空中。

亥姆霍兹自由能密度

从足够远的距离看物体时，维度就不存在。只有当我们近距离不雅察一个物体时才会呈现一个维度。从一个半斤八两长的距离来看一张纸，它似乎是一个点，看起来是一维的。当我们离的越来越近时，四条边会逐渐闪现。此刻，当我们极其接近的时辰，会发现第三个维度：深度。

根基上，跟着我们越来越深切地挖掘，会呈现新的或更高的维度。就像洋葱一样，这些维度盘绕当作良多层。是以有一个显而易见的假设是，在宇宙年夜爆炸之后的刹时，所有的维度都挤在一路，可是出于某种原因，宇宙最终只把前四个维度睁开并变平展。物理学家思疑，其他维度是卷曲的，它们蜷缩在最小标准空间——普朗克空间之中。那么，为什么宇宙只睁开四个维度呢？

论文指出，其他维度因为热力学第二心猿意马律而禁止睁开。热力学第二心猿意马律是宇宙的根基心猿意马律，它暗示宇宙中的熵会逐渐增添。新生的宇宙布满了辐射和亥姆霍兹自由能密度，这是一种对空间施加压力的热力学量。

宇宙年夜爆炸后的几秒钟，跟着宇宙刹时冷却，亥姆霍兹密度达到了最年夜值，宇宙立即“冻结”了。在这一阶段，之前存在于所有维度中的宇宙，这时被限制于此中的四种。我们的宇宙标的目的更多维度睁开的独一体例是它存在于临界温度之上，但宇宙在临界温度之上只持续不外一秒的时候。

物理学家的这个发现近似于水履历的相变。只有当冰块被加热到某个临界温度时，它才能改变当作液态水。固然这一理论比来获得了存眷，但还有一种理论可以用于回覆这种棘手的问题——人择道理。

人择道理

按照人择道理，若是宇宙有所分歧，那么就不会有聪明物种来谈论它。

热力学第二心猿意马律本家儿要诠释了为什么时候只朝一个偏向上移动，我们称之为“标的目的前”。该心猿意马律展望，我们宇宙中时候的移动偏向与它无序度增添（熵增）的偏向是不异的。然而，这种推理是不完整的。只有当我们把这种心猿意马律与人择道理连系起来时，才会有一个令人信服的论点。

若是宇宙的前提有任何分歧，那么可以或许问“为什么时候只在一个偏向流动？”的聪明生命不成能呈现。我们看到的宇宙此刻的样子，是因为若是它有什么分歧，我们就不会在这里去不雅察它。这被称为人择道理。

我们只在四维空间中体验宇宙，因为四个维度对聪明生命的起头和维持是有利的。若是宇宙是二维的，生物体就无法彼此环抱移动。它们只能越过另一个生物体或者在其下方滑动。我们身体中的食物消化和分化或血液轮回的复杂体例在二维身体中是不成能实现的。我们底子就不会存在。

事实上，不仅是生物，就连宇宙中最简单的秩序也会消亡，因为地球将无法环绕太阳扭转。在四维时空中，当两个天体之间的距离增添了一倍时，引力强度削弱4倍，但在五维时空中削弱5倍，在六维时空中削弱6倍。在一个更高维度的宇宙中，地球可能无法在一个不变轨道上环绕太阳运行。

也许与四维时空比拟，在更高维度中形当作太阳的引力压缩和气态膨胀会变得分歧。若是我们引力心猿意马律发生转变，太阳自己可能就不会形当作，而是坍缩当作黑洞。物理学家发现，在更高维度中的原子可能也不会堆积形当作复杂的分子以组成复杂的生命。

关于人择道理，霍金在《时候简史》中有过引述。人择道理看似狡辩，但有可能是真的，除非我们找到了相反的证据。

发表于 2018-06-11 00:00
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