網絡配圖
在更低的次元上,生命能否存在?二維生命的設想非常誘人,但人們普遍認為,二維空間中不可能有生命存在。其中兩個重要的原因是:二維引力難以維持行星軌道的穩定性;二維神經網絡的複雜度也無法支援生命活動。
但是,加州大學戴維斯分校實體學家詹姆斯·斯卡吉爾(j.h.c.scargill)在預印本網站發表了一篇相關論文。在這裡,空間是二維的,而時間是一維的。在論文中,斯卡吉爾通過針對上述兩點的論述,證明了在二維空間,生命完全有可能出現。
二維太陽系的穩定性
首先,斯卡吉爾從引力的角度讨論了二維太陽系的穩定性。
萬有引力的一個顯著特征是,一旦空間不是三維的,那麼萬有引力的大小就不再與距離的平方成反比。這會引起嚴重的後果——地球繞太陽的公轉軌道變得不穩定。任何微弱的擾動,例如一顆隕石落到地球上,都會讓地球離開現有軌道。
在非三維空間,如果不修改目前的萬有引力理論(廣義相對論),就不可能存在穩定的地球繞日軌道。地球或者是被太陽吸引,落入太陽而燒毀;或者是飄離太陽系。
而在二維空間,除了軌道穩定性的問題,引力本身也是生命存在的阻力。由于二維空間的引力沒有自由度,在這裡,甚至不存在真正意義上的引力。
為了解決這個問題,斯卡吉爾在二維空間中引入一個标量場,修改了整個引力理論,進而産生全新的二維引力場。在這種條件下,斯卡吉爾證明了可以存在穩定的圓軌道——這個圓軌道描述的是地球繞着太陽公轉,而二維生物是生活在這個二維地球上的。
如果隻考慮實體,二維中最重要的互相作用當然是引力,因為引力是最宏觀的,也決定了時空結構。當然,對于其他3種互相作用——電磁互相作用、強互相作用與弱互相作用在二維空間會變得怎麼樣,斯卡吉爾在研究中沒有提到。
二維生命體存在的可能性
随後,斯卡吉爾從數學上證明,在二維空間中,神經網絡的複雜度具備支援生命的條件。比較低等的生物,比如線蟲完整的神經網絡已被繪制出來了。從目前的研究結論來看,對于人腦神經網絡來說,目前腦科學研究的一個基本觀點是:人腦神經網絡展現出小世界特征。小世界特征可以通俗地了解為,這個世界其實很小,你隻要通過6個人就可以認識世界上的每一個人,包括美國總統或者非洲某村的村長。
對二維生物來說,情況有一點特殊:二維生物大腦中的神經纖維不能交叉,是以其大腦的神經網絡必須是平面的,這在某種意義上限制了它的複雜性。是以,一些研究認為,二維世界太簡單了,無法讓複雜的生命出現。
但是,二維的神經網絡是否也能展示出小世界特征呢?這正是斯卡吉爾需要解決的問題。
北京師範大學系統科學學院副教授崔曉華說:“斯卡吉爾在論文中構造了一些帶環的平面圖。環在網絡中很重要,因為帶環的網絡可以産生自我的周期行為。有研究認為,大腦處理時間資訊的一項重要機制,就是利用局部神經環路記錄資訊。”
斯卡吉爾在論文中證明了,帶環的二維神經網絡可以展現出小世界特性。除了小世界特性,斯卡吉爾還在論文中提到了大腦神經網絡拓撲結構的另外兩個特點——層級化與子產品化,同時證明了二維神經網絡也可以展現出這些特點。是以,在神經網絡這個角度上,二維空間也可能存在生命體。
雖然斯卡吉爾論證了二維生命體存在的可能性,但這距離證明二維生命還有很遠的距離。還有其他理由認為我們這樣的生命體無法在二維空間中存在。例如,霍金在《時間簡史》中提到,在二維空間,生命體口腔與肛門的連線(消化道)會把這個生物分割為兩個部分,因而二維生命體不能存在——當然這是從消化系統角度來論述這個問題的。或許,對于其他次元是否存在生命,我們很難找到答案。
聲明:轉載此文是出于傳遞更多資訊之目的。若有來源标注錯誤或侵犯了您的合法權益,請作者持權屬證明與本網聯系,我們将及時更正、删除,謝謝。