|三维适合人类生存,多维不适合|
大多数人从未想到过质疑这一事实,即宇宙存在于三维空间和一维时间中。人们会认为事情本来就是这个样子的。为什么我们认为理所当然的事情正好就是那个样子的?一些最重要的科学发现都是从询问这个问题开始的——举一个著名的例子,为什么苹果会从树上落下来?为什么月亮绕着地球转?这类问题使艾萨克·牛顿洞悉了引力本质。在此处,举这个例子是非常合适的,因为空间有三维这一事实与牛顿的观点关系密切。17世纪80年代,牛顿论述说,类似地球的行星位于类似太阳的恒星的稳定的轨道上,要遵循最重要的定律之一——引力的平方反比定律。根据这一定律,两物体之间的吸引力与这两物体之间的距离的平方成反比关系。爱因斯坦的广义相对论,用弯曲的空间解释这种关系,但是这并不影响基本观测事实,即这一定律确实是以这种方式发挥作用的。爱因斯坦提出广义相对论后,并没有推翻牛顿关于引力的描述,而是将牛顿的描述囊括其中——苹果不会以不同的方式从树上掉下来,月亮也不会改变它的运行轨道。
有趣的是,平方反比定律是允许存在稳定轨道的唯一的定律。以负反馈为例,在我们的宇宙中,如果地球的轨道无论向哪个方向稍微偏移一点点,它绕着太阳转的速度加快或减慢一点,平方反比定律就会将它调整回目前的轨道。这是由于地球在其轨道上的运行速度与太阳对它的吸引力之间保持着平衡——简单地说,就是离心力和引力之间的平衡。但假如存在这样一种宇宙,在这种宇宙中,引力定律如果遵循立方反比定律的话,行星的运行轨道将是不稳定的。在这种宇宙中,如果一颗行星的运动略微放缓,并且离它的太阳稍近时,它就会感受到这个太阳施加给它的一种强大的力量,这种力量把它螺旋向内拉向太阳,直至把它拉入太阳中而消亡(引力胜);在这种宇宙中,如果一颗行星的运动略微加快,并且稍微远离它的太阳时,这个太阳对它的吸引力就会减弱,它就会漂入太空(离心力胜)。在这种宇宙中,即使是非常微小的变化,如由一个陨石撞击而引发的变化,都将是灾难性的,这是正反馈作用的结果。不光是立方反比定律,在其他种类的引力定律作用下,也会发生类似的事情。离心力和引力之间的平衡,允许行星沿着稳定的轨道运转,而离心力和引力之间的平衡只会遵守平方反比定律。
此外,广义相对论指出,万有引力定律的维数总是比空间的维数少1,广义相对论用这一点来解释平方反比定律。在二维空间中,两个物体间的引力与它们之间的距离成反比;在四维空间中,两个物体间的引力与它们之间的距离的立方成反比,以此类推。因此,行星的运行轨道只有在三维空间中才是稳定的。
大概就在研究人员发现以上规律的时候,即20世纪的前30年,他们还发现,电磁方程组〔19世纪,苏格兰人詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(Scot James Clerk Maxwell)发现了此方程〕也只能适用于三维空间和一维时间的宇宙中。在我们的宇宙中,引力使行星在其轨道上运行,而电磁把原子和分子聚集在一起构成了人类。1955年,就在休·埃弗莱特提出多世界构想之前,英国宇宙学家杰拉尔德·惠特罗(Gerald Whitrow)就曾经提出,我们所观察到的、同时也是我们正在居住的宇宙,在空间上只有三维,是因为观察者只能生活在三维空间(加上一维时间)的宇宙中。如果生命只能在三维空间生存,而且我们确实活着,那么发现我们自己处于一个三维空间的宇宙中,就不足为奇了。〔1〕
但是,这并不是说,其他维度的宇宙是不可能存在的——只不过,这样的宇宙无法孕育生命。从20世纪50年代起,这种观点导致了宇宙“系综”这个概念的发展,世界的某些地方存在着所有可能的宇宙,但生命只能存在于那些条件适合生命生存的宇宙中。这种系综观点从多世界构想的量子解释中独立发展出来,它的提出早于多重宇宙一词现代意义的使用。从其基本形式看,它并没有告诉我们其他那些宇宙到底在哪里,但它的确为宇宙巧合提供了一种解释。