我们为什么存在于三维空间而不是四维空间

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖！

前面写了一篇文章：
《走进四维空间-我们如何理解时空》： https://blog.csdn.net/dog250/article/details/87252892
感觉有点太主观了，决定趁着周末再整理一下。

这是万幸的周末，家里的女人们都去闲逛了，只剩下我，安安，还有嘟狗?在家，我也就有时间思考一些问题了。不然呢？如果她们在家，如果我不表现的自己很忙，那么就是工作不饱和…事实上，带孩子遛狗很简单，不与之主动交流，不言传，然而身教，孩子老老实实，我开心工作，嘟狗?就在那卧着，哪那么多破事，所有人着急忙慌，都是表演！

生活谢特，谢特生活！

缘起

看了刘电工的小说，看了刘电工的电影，我又重新梳理了自己的枝枝蔓蔓…我曾经也是一个狂热科幻爱好者，受我大舅的教诲，从学龄前，小学开始直到高中一直喜欢科幻小说和理论物理学…直到高考成绩打碎了一切，然后至少吧，我还能去一个三流本科去学习我的第二爱好，机械工程…最终，也不知道怎么，我开始做计算机网络方面的一些事情…阴错阳差！

但是，最能激起我热情的，还是最原始的爱好。

正文

每个人都有一个小宇宙，每个人都存在于自己的小宇宙中，我们都不能或者说不善于看到外面的世界。

【后面我会专门写一篇关于《七龙珠》，《圣斗士》以及《地道战》，《小兵张嘎》，《三体》的文章】

那么，这里有一个比较客观的问题，那就是 我们为什么是三维的，我们为什么只能理解三维世界？

我曾经说，我们的身体中没有能触发我们感知四维空间机制的器官，但这看起来不像是终极的答案，我们还可以接着问，我们的身体为什么没有这样的器官？是还没有进化出来呢？还是说根本就不允许这样的器官存在？

又回到了四维空间的问题。

这个问题就好像在问 为什么我们是碳基生命 而答案是 因为我们恰好是碳基生命而活了下来从而可以问这个问题 如出一辙。

本文尝试从 反比律 的角度来科普一下。

先说下什么是反比律。反比律说的是， 从一点向外辐射的能量在一个包络面上的单位能量大小，和该包络面和能量辐射点的距离是负相关的。

反比律成立有两个前提：

• 时空是守恒的
• 时空是对称的

只要我们承认守恒律，即物质和能量不可能无中生有，再承认时空从任意一点往任何方向都是对称无偏爱的，反比律就是理所当然的了。

但我们凭什么要承认守恒律？！

我们知道，通过海森堡的测不准原理和狄拉克方程， 在真空中，物质和能量是可以无中生有的 这是量子涨落的特征，这岂不是破坏了守恒律？

答案是，即便是量子尺度的量子涨落，最终也维护了分子尺度的质能守恒律。量子尺度的世界里充满了调皮的孩子，永远安静不下来！

我们的世界是宏观的，既然量子世界的涨落不影响宏观尺度的守恒律，那么接下来，我们要看一下，宏观尺度的物质为什么质能存在于三维世界。

以二维空间为例，假设一束能量来自于一个点G，向外辐射，那么随着时间流逝，在任意时刻，能量将均为均匀分布在以G点为圆心的同心圆上，单位圆弧上的能量和圆半径成反比：

E

O

t

=

1

2

π

E

G

r

t

=

α

E

G

r

t

E_{O_{t}}=\dfrac{1}{2\pi}\dfrac{E_G}{r_t}=\alpha\dfrac{E_G}{r_t}

EOt​​=2π1​rt​EG​​=αrt​EG​​

这很好理解，因为任意时刻，分布在整个圆周长长度圆弧上的能量总和就是辐射点G的初始能量，而它们是守恒的，所以它们是相等的！

再三维空间的反比律。

这就是大名鼎鼎的 平方反比律！

这个平方反比律连文科生都知道，就像理工科出身的人也知道李白一样。起初的时候，大家的疑问来自于 为什么是平方反比律而不是立方，牛顿和库伦他们是如何得到相同的表达式的？ 至少，我在中学时就有过这样的疑问，后来我们的老隔老师讲了守恒律之后，我就自己明白了…

来看牛顿的万有引力：

F

=

G

m

1

m

2

r

2

F=G\dfrac{m_1m_2}{r^2}

F=Gr2m1​m2​​

再看库伦力：

F

=

k

Q

1

Q

2

r

2

F=k\dfrac{Q_1Q_2}{r^2}

F=kr2Q1​Q2​​

简直是孪生兄弟啊的两个式子！其背后竟然是 人们理性认知的守恒律！ 也就是说，如果人们承认物质和能量可以无中生有，那么这两个式子描绘的我们的世界，将会轰然崩塌！

但是经过实验验证，人们发现平方反比律构建的现实世界，并不是豆腐渣工程，它非常坚固！

也就是说， 在我们的世界，我们认为平方反比律是正确的，是普适的！

好，我们先记住这个来自牛顿，库伦等人的这个结论，视为结论一。

现在开始另一条线索。

我们的世界是如何构成的？

这个目前统一的结论是 世界是原子构成的， 在哲学上，唯物马列主义说 世界是物质构成的， 也就是说，不存在牛鬼蛇神，从来就没有什么神仙皇帝。

好，在这个结论之上，人们陆续发现了原子核，电子，电子云，质子，中子，甚至夸克… 人们发现把电子束缚在原子核附近的力，和行星尺度的万有引力一样，遵循的正是平方反比律！

好嘞，我们得到另一个结论：

组成我们世界的原子的构成，确实遵循平方反比律！

现在该进入四维世界了，如果我们基于同样的原则在四维世界发现了另外一条规律，造成了我们世界的崩塌，我们就能说 我们不能存在于四维世界了。

如果在四维世界，我们依然承认守恒律，依然不相信牛鬼蛇神，依然相信世界是物质的，那么根据数学运算，我们将得到我们必须遵循的一个规律：

立方反比律:

F=βr3V1​V2​​

这意味着什么？？？

把一个圆环上分布的能量，分散在同样半径的一个球面上，这是一次降维打击啊！这意味着 相比平方反比律，立方反比律约束下的能量将会随着半径的增加指数级衰减！

原子核将无法束缚电子！！！

世界，包括其中的我们，将解体！！！

我们无法在四维空间存在！

或者说，恰好在三维空间中，一个原子核把电子束缚在了恰当的位置，而它们共同组成的原子又相互结合，恰如其分地组成了各种分子，然后这些分子又恰如其分地组成了我们的岩石，空气，水，以及你我的身体本身。

恰恰是，你问我为什么是这样，答案是它恰好是这样才能让你问出这种问题。哈哈！

但是，这是不是意味着，四维空间不存在呢？

并不是！

现在进入微观世界看一下。

关于量子力学，我不想说太多，因为要说的太多了。我在从黑龙江科技学院机械工程系退学后花了两年的时间学习了量子力学，从老婆的学校图书馆借书然后手抄…最终不了了之，不过，我还是获得了一些收获。

普朗克长度(

1.6

×

1

0

−

35

米

1.6\times10^{-35}米

1.6×10−35米)以下，我们的观测是无效的！甚至在远远高于这个尺度的范围，我们就已经可以观测了一些 不符合预期的现象。 所以说，微观的世界，它可能不是三维的！

在微观世界，可能观测到粒子突然凸显，又突然消失，时间将不连续，在那个极小的尺度，我们熟知的所有物理定律都失效了，这并不是说它们是 不可知 的，而是说我们和微观世界本来就是两个不同的世界！

原子组成的刚体不能凭空消失，并不意味着比夸克还小几个数量级的 基本粒子 不能，这本身就不是在描述同一个东西！

真空中的量子涨落在微观世界是如此地普遍，以至于平平淡淡安安静静反而成了反常，在那个微观世界，无中生有是常态，然而由那个微观世界组成的宏观世界，就像小孩子长大了变得稳重了一般，世界是如此地安静！

薛定谔的猫，不可能即是死的又是活的，但是在基本粒子的那个尺度，我们把一个粒子看作是猫，它就是即是死的，又是活的，我们无法理解，但这就是现实！

单论一个粒子，它调皮地突然出现，突然消失，伴随着暗能量或者反物质一同出现或者湮灭，貌似这件事没有什么难度，如果在宏观世界，比如一只猫，要想出现类似的场面，就需要组成这只猫?的所有粒子同时集体消失，集体涌现…听说过《人月神话》吗，即便是上帝本人，也无法协调如此协同的工作吧？这是何其之难？

推荐一部BBC的纪录片：
万物与虚无： https://v.qq.com/x/cover/g92w2jvmnqc8usf.html?ptag=baidu_aladdin.doco

在遵循 立方反比律 的四维空间，由于能量辐射的急剧衰减，粒子只能相互束缚在一个极小极小的范围内，这正符合我们的观测结论，然而，如此小的尺度，又是不可观测的！简直就是《人鬼情未了》的剧情重演！

这里提供一个精彩的视频：
宇宙有多小： https://v.qq.com/x/cover/qeq15doop2t9iz8/a0020lr9wog.html

然后，如果懂一点超弦理论，也许就不纠结这个三维，四维的问题了。

仰观宇宙之大，俯察品类之盛，信可乐也！

后记

• 在微观尺度，或者宏观尺度，有我们看不见的维度，比如普朗克长度之下，以及 cosmic web 之上。
• 四维世界的第四维不是时间，但是闵可夫斯基为爱因斯坦提供了一个 第四维是时间 的模型，助力了广义相对论。
• 我理解的，三维就是三个自由度，四维就是四个，多了一个自由度，就必然要释放一些能量，如果三维是长宽高，那么第四维就是 内外 或者 有无 吧。
• 只可惜内外互转违背了原子组成的三维刚体世界…它本来就是违反的，有问题吗？
• 粒子对撞机很low，就像把钟表摔的粉碎去研究它的原理一样，你摔碎了，只是一面，另一面是，你还得把它组装起来！
• 引力和其它的力相比，是如此之弱，事实上可能是因为它只是在我们的三维空间的分量很弱，作为矢量而言，它和电磁力的大小是一样的。
• 浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖！