我们生活的空间是三维的 , 三维空间对我们的生活产生了多大的影响?
天高任鸟飞 , 海阔凭鱼跃 。太阳系外还有许多恒星 , 银河系外还有许多星系 。我们生活在辽阔的空间中 。这个空间的最大特征是三维 , 即空间的每个点可被前后、左右、上下三个互相垂直的独立方向来定位 。
【什么是三维空间,为什么我们的空间是三维的?】如果一个空间除了用长、宽、高之外 , 还需要用第四个与前三者都垂直的方向和尺度来描写和定位 , 那么这样的空间就是四维空间了 。以此类推 , 还可以有更高维空间 。
在数学上 , 高维空间是可行的 , 但即使我们动用最庞大先进的物理仪器也难以觉察到它们的存在 。
我们的空间取三维也是有道理的 , 与我们的生存有关 , 维数多了少了都不能理解自然的生命存在 。简单地说 , 维数大于三维 , 连稳定的行星轨道都没有;维数小于三维 , 就没有生命世界需要的复杂结构 。
行星轨道
在我们三维空间中的行星轨道是稳定的 。根据牛顿运动定律 , 引力与距离的二次方成反比 , 惯性离心力和引力向心力恰好可以达到平衡和稳定(更准确地说 , 行星轨道是椭圆) 。但是在高维空间中 , 虽然惯性离心力的规律仍不变 , 向心的万有引力的规律却改变了 。
高维引力场的强度不再与距离的二次方成反比 , 而是与距离的三(或更高)次方成反比 。于是行星运行过程中向心力和离心力间的平衡性质就被改变了,由三维空间中的稳定平衡变成了高维空间中的不稳定平衡 。因此高于三维的空间就没有稳定的行星轨道 , 甚至连稳定的原子结构都没有 。
低于三维的空间没有复杂结构 , 这点很好理解 。例如 , 要想让变形虫的进食口与排泄口不是同一处 , 二维变形虫就得被肠道分为不相连接的两半 , 它就不是一个整体了 。
因此 , 即使有高维空间 , 它也必须得紧致到宏观三维 。这在弦理论中却是一个不小的难题 。为什么宇宙大爆炸只扩展其中三维 , 其他额外七维却保持紧致而不扩展 , 也是一个很大的谜 。
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