【什么身处地】我们身处在什么样子的三维空间呢？

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　　金融屋财经网(www.joewu.cn)05月14日讯 　　为什么空间的维度是3而不是其他数字?这个问题自古希腊就一直困扰着哲学家和科学家。

　　时空总的维度是4，或(3+1)，其中时间是第4维度。

　　众所周知，时间维度与热力学第二定律有关：时间的方向不会改变，因为在像宇宙这样的封闭的系统中，熵(即无序的程度)永远不会降低。

　　在一篇最近发表在EPL上的论文中，研究人员提出，热力学或许也能解释空间的维度为什么是3。

　　“科学和哲学领域的一些研究人员通过证明合适的维度可以维持生命、稳定性和复杂性，已经解决了时空是(3+1)维的问题。”论文的合作者、墨西哥国立理工学院、西班牙萨拉曼卡大学的JulianGonzalez-Ayala说。

　　“我们工作的最重要的意义是，根据宇宙维度的物理模型以及合理的时空图景做出了推论。这是空间维度‘3’首次作为最优化的物理量出现。”

　　亥姆霍兹自由能密度(f)在温度T=0.93时达到最大值(s和u分别代表熵密度和内能密度)

　　在T=0.93以下，3维不能转变成其他维度

　　科学家提出，空间维度为3是因为一个称为“亥姆霍兹自由能密度”的热力学量。

　　在充满辐射的宇宙中，这个密度可以看做是充满空间的一种压力，这种压力取决于宇宙的温度和维度。

　　研究人员证明，大爆炸后随着宇宙温度开始降低，在宇宙的年龄只有几分之一秒并且维度约等于3的时候，亥姆霍兹密度在极高的温度中达到了第一个最大值。

　　文中的关键思想是，三维空间在亥姆霍兹密度到达第一个最大值的时候被“冻结”，即空间不能由3维变成其他维度。

　　这是因为热力学第二定律只允许空间在温度高于临界点、而非低于临界点时向更高维度转变。

　　由于宇宙温度不断降低，目前的温度远低于从3维向更高维度转变的临界温度。

　　通过这种方法，研究人员解释道，空间维度有些类似物质的相，向不同维度转变就类似相变(如冰的融化)，只有在足够高的温度中才能发生。

　　“在宇宙早期的冷却过程中，在第一个临界温度之后，封闭系统中的熵增原理阻止了某些维度变化。” 研究人员解释道。

　　宇宙的年龄只有几分之一秒时，温度比临界温度高。该论文依然为这时候可能出现的更高维度留有余地。额外维度出现在许多宇宙学模型中，最著名的就是弦论。这项新的研究可以解释，为什么在一些模型中额外维度出现收缩(或保持原来的大小，即非常小)，而3维空间则继续扩展到整个可观测的宇宙。

　　未来，研究人员会对模型进行优化，将宇宙极早时期(“普朗克时期”)可能出现的量子效应纳入模型。另外，更加完善的模型的结果或许可以为其他宇宙学模型(如量子引力)的研究人员提供思路。

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