空间设计基础,为什么我们的空间是三维的?

空间设计基础，为什么我们的空间是三维的？

爱因斯坦在1914年科学院举行的一次演讲之后，一个在大厅中的记者趁休息时向他提出一个意义深远的问题：“为什么我们的世界是三维的?”

爱因斯坦像平时在这种场合中一样，喜欢用一句玩笑话来回答，他的回答翻译过来是这样，“因为上帝喜欢三位一体”，于是他建议可以去求教此问题的大专家麦克斯·布兰克。

布兰克对这个问题的看法也是很著名的，“在自然界中有很多作用力，正如我们所知，它们属于可逆乘方定律，我们在这种情况下尤其要看到我们空间三维性的自然结果，凡懂得物理学的人都会接受三维空间这个事实，我们大可不必为我们的空间不具有四维或更多维的问题而自寻烦恼”。

总之，我们的世界自混沌初开之时就是如此。不必在这个问题上浪费脑筋。

其实，布兰克并没有说出任何新的东西，除了空间维数和作用力与距离的平方成比例之外，实际上是重复了亚历斯托德尔对此问题的见解：“我们从自然数中取一个数字，同时把这个自然数作为我们的领导，没有任何思想地在思考着，为什么物质世界恰恰是三维的呢?”

我们周围世界与生俱来的三维性先是哲学，而后是物理学的基础，甚至在耶稣教徒A.鲍里安(1761年)的物理词典中我们也能遇到下列定义：“物理这是一门由物质所具有的其自然形态，或者说，具有长、宽、高的物体的科学。”可以看出，是上帝从自己的身体上取下他的长、宽、高，也就是说，他希望以此阻止物理学的发展。我们相信，上帝无所不能，然而我们作为物理学家要放弃研究这样的问题，丧失自身的维数和只保存必要长度的身体，较之物理学这更像是形而上学。

对于耶稣教徒的言论应值得十分注意，作为物理学家他在该问题上与宗教势力划清界限。

但是，著名的德国哲学家伊曼努依尔·坎特(1724年-1804年)在我们世界的维数问题上引导上帝做最后的陈述：“如果有可能存在着其他维数的空间，那么说不定，真的是上帝在某处已把它们排列好的。”

然而，从爱因斯坦在科学院所做演讲之日起整整过去了90多年，物理学界剽窃成风，隐瞒“维数”存在的思潮就是其中之一，真正在认真工作的只有瑞曼、卡路茨、拜尔、克莱因和其他著名的物理学家以及数学家，他们是我们这个世界多维物理学的先驱。当这种风气平息下来之时，让我们对多维性，以及多维世界中存在生命的问题做出基本分析。

现代飞碟专家们凭空地证明，外星人从行星上或从位于更高维的世界降临到我们的地球上，

从科学的观点来讨论这些主张似乎没有什么前途。现代数学却能轻松解答任何维数的世界，而基础物理定律在那里却成为过时的东西，仅仅对被叠加数做出适当的表述，就可以阐释任何维数世界中的东西，也包括生命(当然，是在类人的观点中，因为我们暂时还不知道其他有理性的物体)。

让我们取出鲍尔·爱林费斯特著名的《为什么空间是三维的?》一书来看一看，如若我们的世界的维数多于或少于三维的话，它将会是什么样子，这对于论证维数行星系存在的可能性问题非常有用。这些论断不是抽象的，因为如果相信耶稣教徒鲍里安认为上帝可以轻易创立任何维数的世界，那么他也可以在任何地方创造自己的生物。

我们从一维世界开始，在一维世界中引力不是由距离决定，这儿的质点可以像钟摆一样，用任何的作用力都无法使它逃之夭夭，作用力仅仅增大了质点摆动的幅度。相同的情形在两维世界中也可以看到。

在我们的三维世界中，众所周知，物体的运动相对于作用力的中心可以是双向的，它可以沿着圆形或者椭圆形的轨道运动。

在四维和更高维世界中行星系的存在原本是不可能的，它或者落入引力中心(如太阳)，或者脱离引力中心而不知所终。

在其他维的世界中物质的性质也同样发生着根本的变化，让我们来看一个最简单的情形——氢原子，在一维和两维世界中电子永远被锁定在原子上，因此用任何作用力都不可能把它变为自由状态。

相反，在四维和更高维世界中氢原子根本就不可能存在，因为电子不可避免地要落到原子核上。在这些世界中压根儿就没有我们熟知的物质，所以可以大胆地认为，在它们中存在着类似于我们的生物是根本不可能的。

当时，苏联著名的学者认为，“坎特他误解了，当他认为上帝在创造我们的世界前可以选择任何一条定律时，也可以选择任何的空间维数”。话又说回来，坎特的上帝应当先进行相应的数学计算，然而，我们世界三维性的未知理论给了我们这个结果吗?实际上，我们完全不清楚，为什么世界恰巧是它应该存在的那种形式，为什么其中一定应该有稳定的行星系，包括我们自己的太阳系呢?

很遗憾。人们拥有类人性，或者说希望用人的尺度测量一切的想法，它迫使我们相信世界存在着某种完全无法想象的事物。于是，正如我们所看到的，事物不仅在稳定的行星系存在，而且也在稳定的其他物质中存在。当然，不能否定在其他维数的世界中存在着我们完全陌生的智慧，然而有一点是清楚的，这些多维世界应比我们的世界更加缺乏秩序。

不但如此，从我们的三维观点出发，我们可以规定四维世界中存在智慧生命的几率。虽然在理论上发明出多维世界，比如著名的苏联飞机设计师和数学家罗伯特·巴尔迪尼提出一个带有三维空间和三维时间坐标世界的理论，分析波的方程式表明，纯粹的波不能在偶数维度空间中传播，在波的后面必定会出现被称为“反射”的扰动。

分析这个问题时，数学家G.J.维特洛夫于1955年得出一个不能令人满意的结论，高级形式的生命不可能存在于偶数维度的空间中，因为有机体为了一致作用，有效的传播和对信息的加工是必要的。

有的时候，诗人们也会提出一些复杂的物理问题，我们甚至还记得根特的《福斯塔》，而且我们随时都能回想起它，因为它说的就是来世的事。

谁在那里，在那深邃的天空?

他们是否也有爱与仇?

在那陌生的世界中。

就像这个世界呢?

按照当代最具推动力的自然科学家的观点，人具有三维的肉体和以前被称作灵魂的能量体，它既具有渡的本性，同时还应具有确切的稳定性，而不是像电磁波那样以光速向四面飞散。为了绕过这个矛盾，一些该思想的赞同者追随20世纪初的神学家的观点，认为任何一个孤立的三维系统，比如，一个封闭的房间，被用更高一维打开，于是它里面的居民就可以随意出现和消失，正像一些目击者所证实的那样，出现了幽灵以及飞碟乘员。

但是，因为能量体属于高级智能，故维特洛夫对其加以禁止：它不能存在于四维世界和任何有思维的偶数维度世界中。

虽然物理学家认为目前研究多维问题遇到很大麻烦，但是理论揭示应当在哪里和如何寻找到它，如果它一旦被发现，那么多维性的问题必将是最重要的物理发现，而现在只能让我们同诗人一起长叹：

长、宽、高，

只是三个坐标。

通向它们的路在何处?

门闩已被插死……

佛、道两家的世界观都提到了另外空间的存在，比如三界之内有很多层“天”，并且修炼有成就的人可以“跳出三界外，不在五行中”。还有许多杂志报道的人体特异功能现象，例如从密闭的容器中取物等等，研究者往往认为这些现象是突破我们现有空间的结果。当然也有许多人不相信，认为另外空间只是凭空想象，因为它们看不见、摸不着，连最先进的科学仪器也探刺不到它们的存在。然而，科学家们的思想往往是超越人类现有知识的。他们认为，看不见、摸不着、现代科学仪器探测不到的，并不能证明不存在，也可能是目为这个仪器还不够先进。在现代物理学研究中，为了能够把万有引力和其他基本作用力统一起来，一些理论物理学家提出，我们这个宇宙可能只是多维空间的一个层面(膜)。基于这个“膜世界”的概念，科学家们试图把万有引力和其他基本作用力统一起来。多膜理论以及超弦理论都认为宇宙不只是长宽高和时间四个维度，还有其他维的存在，而膜理论更明确假设有其他的膜世界的存在。

宇宙空间等级划分？

、我们地球文明(零级文明)：相当于0.75个一级文明，有空间站技术、航天技术、各种物理学理论初级阶段

1、一级文明：只能在行星系间进行移民。还没有能力进行恒星系之间的殖民。

2、二级文明：能够进行邻近恒星系之间的移民了，活动范围大概在10光年范围之内。

3、三级文明:能够进行河内基本航行了。在银河系类只要发现的地方都可以进行基本的航行了。但是由于航行时间过长还有通讯限制。活动范围大概100光年范围。

4、四级文明：能初步应用自然虫洞，进行河内航行。

5、五级文明：能自己制造虫洞了，宇宙飞船速度接近光束。

6、六级文明：能进行河系与河系之间的航行了，宇宙飞船速度可以超过光速。能建造星际之门。(大型人造虫洞)

7、七级文明：能够进行星系团之间的航行(星系团之间的距离可是超级远的中间就是一片虚无，什么都没有，也有可能存在暗星系，很危险。)7级文明也不敢随意航行。

8、八级文明：能够很自由的在星系团之间航行，基本上很多危险都能事先预知

9、九级文明：可以在超星系团之间航行。文明程度已经涉及到时间和空间领域了。

10、十级文明：也是传说中的神级文明，宇宙之中大可去得，能够创造空间，能够发现其它平行空间。

11、12、十一级十二级

(超弦文明/陈迹文明)能够创造完整的生命，进行平行宇宙之间的航行，不断的创造播种生命。

举例说明蛋白质一级结构空间构象与其功能之间有何关系？

蛋白质的一级结构：在每种蛋白质中氨基酸按照一定的数目和组成进行排列，并进一步折叠成特定的空间结构前者我们称为蛋白质的一级结构，也叫初级结构或基本结构。蛋白质一级结构是理解蛋白质结构、作用机制以及与其同源蛋白质生理功能的必要基础。

蛋白质的空间构象：由多个氨基酸通过肽键相连而成的具有特定立体结构的生物大分子。蛋白质是构成一切生物体...蛋白质的空间结构（构象）在一定范围内是可变的，在执行生物功能时，蛋白质分子的构象发生一系列的变化。

环境因素亦可导致其构象改变。功能不同的蛋白质具有不同空间构象。举例说明蛋白质一级结构、空间构象与其功能之间的关系：一级结构是空间结构和功能的基础。一级结构相似其功能也相似，例如不同哺乳动物的胰岛素一级结构相似，仅有个别氨基酸差异，故它们都具有胰岛素的生物学功能；一级结构不同，其功能也不同；一级结构发生改变，则蛋白质功能也发生改变，例如血红蛋白由两条α链和两条β链组成，正常人β链的第六位谷氨酸换成了缬氨酸，就导致分子病--镰刀状红细胞贫血的发生，患者红细胞带氧能力下降，易出血。

空间结构与功能的关系也很密切，空间结构改变，其理化性质与生物学活性也改变。

如核糖核酸酶变性或复性时，随之空间结构破坏或恢复，生理功能也丧失或恢复。

变构效应也说明空间结构改变，功能改变。

要是人类基础物理搞完了还是无法星际穿越怎么办？

现代物理学自20世纪初以来，经历了一段飞速发展的时期，特别是相对论与量子力学的创立与发展，使人类对这个世界的认知上升了好几个层次。然而，最近几十年，在基础物理上面的突破仿佛越来越少，最近一次成为全球热点的有关基础物理学发现是，2013年“上帝粒子”——希格斯玻色子（Higgs boson）的证实。确实，在近几十年内，基础物理遭遇了很多困难和瓶颈，基础物理学的发展也速度远不如前，物理学基础研究让人们觉得仿佛到了尽头，停滞不前。

但要说基础物理已经快被研究完了，这个说法有待商榷。基础物理是否到了尽头是没有答案的，因为人类的认知水平是有限的，不管是在宏观层面上还是在微观层面上，每当人类用新的理论突破一层壁垒，总会有新的问题出现，也许是因为人类的大脑是三维的，对于更高维度有着先天的壁垒。

但是，就算基础物理的研究停滞不前，人类无法实现科幻小说中的空间折叠，利用虫洞进行星际穿越这些“超前沿”的技术，但要实现星际旅行，以人类目前的技术水平其实是可以支持世代级飞船的制造的。那么，什么是世代级飞船？为什么要建造世代级飞船？

世代飞船是一种设想中的以远低于光速航行的恒星际旅行大型星舰。由于飞行速度较慢，在距离上以光年为单位的恒星际飞行中需要经过几百年甚至上千年才能到达目标，这就需要飞船内部有一套完整的适于人类繁衍的生态系统，类似愚公移山那样，用时间换空间，经过数代人的努力去飞向目的地。之所以选择这种世代飞船也是没有办法的事情，因为人类的技术还无法让飞行器达到接近光速的程度，另外，有关人体冷冻已经解冻的技术也只是在设想中，并无太大的突破，而这两种关键的技术都有赖于基础物理的突破。

目前人类对星际旅行的态度是，不是很着急，虽然恒星际旅行看上去很振奋，甚至有些浪漫，毕竟很多人心中的征途是星辰大海，但再浪漫也要面对现实，首先是动机问题，这点很重要，以现在人类的文明水平，有没有必要进行载人的恒星际航行，如果去，那么选择那一颗恒星作为目的地，到了哪里要做什么？如果没有足够强烈的动机和理由，就算是有技术，那么也不会有人真的去做。可以看看载人登月，美国的阿波罗打败了苏联，登了几次，确立了美国航天的胜利后就缺乏动机继续砸钱再进行载人登月了。

也许有人会说，人口膨胀，地球上的资源枯竭等等原因都要让人类走出太阳系，飞向深空寻找第二个地球进行移民。但事实是，不需要，很长一段时间内都不需要，因为太阳系很大，对于人类来说，我们的太阳系本身就是难以想象的浩大和“富饶”，除了太阳还能够源源不断的稳定燃烧几十亿年供人类使用，太阳系内还有另外的七大行星以及它们的近两百颗天然卫星，还有数量众多的矮行星，小行星，彗星等等，这些都是人类在未来很长一段时间可以利用的资源，这些资源足人类用上万年都未必消耗完，足够支撑近乎万亿的人口。以人类目前工程技术水平，建造人口超过1万的太空城市不存在绝对技术上的困难，所以在可预见未来，有关资源匮乏与人口膨胀这类问题是不需要进行恒星际的航行来解决，过个几万年都不用着急。

事实上，基础物理学虽然遇到了瓶颈，但一直在不停地发展着。也许目前遇到一个巨大的台阶，所以需要蕴酿和积储力量，所谓厚积薄发，总会等到突破飞跃的那一天的，人类对自己还是要有信心的。

最后补充一点，目前人类的航天器基本都是以化学工质推进的，这种方式铆足了劲也只能达到光速的千分之一，但就算是这样，给人类以足够长的时间，几百万年也可以基本殖民银河系了，另外，早在1958年，正值冷战时期美苏两国展开了激烈的太空争霸，美国政府制定了一个秘密的太空计划“猎户座计划”，计划建造一艘可以可以搭载至少40名成员的巨型太空船，用数万枚小型核弹作动力，将其送往火星、木星等太阳系的外行星。这个方法很像《三体》中带着云天明大脑飞船加速的方式，也许作大刘也是受到了这种方式的启发吧。毕竟，利用核动力可以把飞船加速到光速的十分之一，如果可以实现，星际旅行就不再遥远了。