我们为什么不能生活在异度空间?

冬林

　　一直以来，关于异度空间、时空隧道的传说总是层出不穷，比如一辆满载乘客的地铁突然失踪;有人从这个地方消失，几十年后却又出现在另一个遥远的角落……当然，这些传说多半是不可信的。
　　
　　事实上，物理学家也从理论上证实了，我们所熟悉的三维空间之外，还有多维空间的存在，每个新的维度都会打开一个新的空间。有人认为，如果打开第4维空间，我们就能随意穿墙而过，监狱就不能关住我们;如果打开第5维空间，我们就可以看到一个人从生到死的全过程，但是却没办法改变它;如果打开第6维空间，我们就可以回到过去的任意一个时间点，去改变未来所发生的事了，就像很多穿越视剧所表演的那样;如果打开第7维，我们就可以把时空卷曲起来，就像把铺在地上的毯子卷起来那样轻松自如，那样就可以在宇宙中瞬间从一个点到另一个点了，不管这两者之间相距有多遥远;在第8维以上，也许我们具备了上帝全知全能的能力，我们甚至能让自己长生不老。
　　遗憾的是，这些都是我们无所事事时的幻想，在现实中，我们永远不知道4维、5维……的世界是什么样子，我们身处其中的这个世界，空间既不是2维、4维，或者5.2维，而刚好是3维的。我们需要问一问：我们为什么只能生活在3维空间，而不能在更多维的空间呢?
我在，故空间必须3维
目前，对这一问题流传最广的解释是：空间必须是3维的，否则，我们人类就不可能存在。那么，为什么空间倘若不是3维的，人类就不可能存在呢?
首先，让我们来看看空间少于3维的情况。我们大脑的神经元是以错综复杂的3维结构连接起来的;我们的消化道是从嘴巴贯穿肛门的3维管道;我们的DNA是3维的双螺旋结构。如果一个生物生活在2维世界，别的且不说，要是它还像我们一样，需要进食和排泄，那么有一点可以肯定，它的嘴巴和肛门不能直接相连;否则，这样一个中空的通道就把它扁平的身体一分二了……从这一点就可以看出，在2维平面上生活是非常不容易，非常难以想像的。
　　其次，维度还涉及到基本作用力的问题，而基本作用力则关系到恒星、行星或者原子、分子能否稳定存在。
　　在我们这个3维世界，两物体之间的引力与距离的平方成反比。在2维世界，“引力”与距离的一次方成反比，而在4维世界，与距离的三次方成反比。
　　根据物理学上的简单证明，如果引力与距离成反比，行星与其所在的母恒星之间的引力就会变大，行星很容易掉到恒星里去;而如果引力与距离的三次方成反比，行星就会很容易脱离恒星，飘荡到宇宙空间去。无论哪种情况，形成的恒星-行星系统都是极不稳定的。
　　同样的后果也适用于原子。维系原子的静电力，在我们3维世界，跟引力一样，其大小也与距离的平方成反比。如果在2维或4维世界，“静电力”与距离的一次方或者三次方成反比，“原子”也是不能稳定的。既然“行星”和“原子”都不能保持稳定，那就遑论出现高级的智慧生命了。
　　所以说，为了确保我们的存在，为了确保我们今天能站在这里问“空间为何是3维的?”，我们生活于其中的空间必须是3维的。
　　量子纠缠和它的专一性
但是，并非所有人都满意这个回答。在有的人眼里，从人类自身的存在出发来考虑宇宙问题，是非常危险的。一个例子是，古人相信地球是平的。如果问他们为什么，他们会信誓旦旦地说，地球要是不平，人就站不稳;譬如地球要是圆的，那住在我们对面的人就要掉下去……但事实上，地球就是圆的。
　　所以，有人希望为“空间3维之谜”寻找更客观的答案。加拿大理论物理学家马卡斯・穆勒就是这样的求索者之一。他认为，答案或许就藏在我们的鼻子底下，藏在现有的理论――量子力学之中。
　　量子力学是人类迄今建立的最成功的理论，它自创立以来几乎所向披靡。在量子力学所描述的诸多怪异现象中，有一种被爱因斯坦称为“鬼魅似的超距作用”，它就是量子纠缠。
　　什么是量子纠缠?举个例子。有一个粒子，它的自旋为零。现在它一分为二，变成了两个粒子。因为角动量守恒，这两个粒子中倘若一个自旋朝上，另一个必自旋朝下;接下去，把两个粒子分开，比方说一个在地球上，另一个在10亿光年之外。如果我们通过某种操作把地球上那个自旋朝上的粒子改为自旋朝下，按理说，另一个粒子至少要过10亿年才能感知地球上这个粒子的变化――因为信息的传播需要时间。可事实并非如此。只要地球上的粒子一变化，另一个粒子立刻就能感觉到，并对自己的状态做相应的调整，使得两个粒子组成的体系始终保持角动量守恒。
　　量子纠缠不仅已经被实验证实，而且还是量子通讯的基础。目前科学家已经能够让两个纠缠粒子在相距数10千米的情况下实现量子通讯。
　　量子纠缠还具有专一性，即一个粒子一次只能跟一个粒子纠缠，譬如粒子甲和乙发生纠缠了，那么，在这个时候，它们就不能再跟其它粒子纠缠了。量子纠缠的专一性也已被实验证实。
　　穆勒解决这个“空间3维之谜”的出发点是，想看看，在更高维的空间，能否保证量子纠缠以及它的专一性。经过对高维空间的复杂的数学演算，穆勒得出结论，量子纠缠现象在任意维的空间都存在，但只有在3维空间，量子纠缠才具有专一性，在更高维空间，专一性就被破坏了。譬如，在4维空间，1个粒子可以同时跟2个粒子发生量子纠缠。所以，为了确保量子纠缠的专一性，空间必须是3维的。
　　也许没必要为这问题去伤脑筋
我们可以用人类的配偶制来对此做个不太恰当的比喻。人类基本上是实行单配偶制，即“一夫一妻”制的。为什么会这样呢?最根本的原因在于，人类在生理上只有男女两种性别。要是人类有3种或3种以上的性别，那么，更合乎自然的也许就是多配偶制，而不是单配偶制。所以，只有当人类的性别只有2种时，才能保证单配偶制是我们家庭的普遍组织形式。以此类比，空间也只有3维时，才能保证量子纠缠的专一性。
　　不知道你被穆勒的证明说服了没有?至少大多数物理学家没有信服。他们警告说，做这类证明时，得万分小心，因为我们很容易在自己都意识不到的情况下，把本该需要证明的东西当作前提来使用，那样的话，得出的结论就毫无意义。就好比要证明一间房间里有没有耗子，但一个人衣袋里事先就藏有一只耗子，当他把衣服脱了放在房间里，等会儿再穿时，发现里面有一只耗子，就大叫道“哎呀，这个房间有耗子”，那无形中他把自己都骗了。
　　此外，就算证明是严格的，这个结论也还是不够让人信服。因为在我们看来，量子纠缠的专一性只是一种特殊的物理现象，而空间维数却是个客观世界根本性的大问题。现在他说“为了确保量子纠缠的专一，空间维数必须是3维的”，倒好像“量子纠缠的专一性”比空间维度问题更为根本，后者要为前者“保驾”。我们不禁要问：难道“纠缠是否专一”真的如此重要，以至于凌驾于空间的维度问题之上?
有物理学家干脆认为，“空间为何是3维的?”这个问题是如此根本，也许是物理学本身所无法回答的，所以我们也就没必要为此去伤脑筋。