杰拉尔德·惠特罗：大自然的常数

宇宙是真实的，但你看不到它。你必须想像它。

——亚历山大·卡尔德^[31]

1955年英国的宇宙学家杰拉尔德·惠特罗第一次阐述空间维数和存在有生命的观测者之间直接的人类学上的联系。提出问题： “为什么我们观测的宇宙拥有三维？”他通过论证有思维的观察者只可能存在于三维世界，试图提供一种新型的答案。^[32]的确，他指出，应当有可能从我们或其他形式的智能生命的存在这个事实来导出世界的维度性质：

世界的这个基本的拓扑性质……可被推断为某些其他偶然的特性的唯一的大自然的伴生物，这些特性与地球上的生命的较高形式，尤其是问题的阐述者人类的进化有联系。

他在四年后出版的有关宇宙学的通俗著作中详尽阐述了他的论点，^[33]并且试图消除二维世界支持生命的可能性，其论点是在二维世界中神经细胞之间的联系不可避免地相交会使复杂的神经网络产生短路。

惠特罗的方法是现在所谓“人择原理”的首次应用。它比迪克应用它于可变G的问题和大数假设更早一些。应用到今天我们知道的问题，我们可将它向前扩大一步。如果我们打算思考这个世界可能会像什么样，如果它的定律保持一个模样而空间的维数不同，为什么停止在那里呢？为什么不问如果时间的维数也不同，将会发生什么呢？^[34]

许多科学家曾探索过具有不同维数的空间和时间的宇宙的可能性。^[35]正如当我们考虑空间为其他维数和时间为一维的宇宙一样，我们可假设大自然的定律保持相同的数学形式，但容许空间和时间的维数可自由变动遍及一切可能性。这个情况可总结成图10.12。^[36](www.xing528.com)

图10.12　具有不同维数的空间和时间的宇宙的特性。一维时间和三维空间似乎具有特殊性质，这是存在像生物一样复杂的结构所必需的。

包括了一切可能性的棋盘由于施加了少量合理的条件限制可能会急剧地减少这些可能性，而这些条件似乎很可能对信息处理、记忆，因而对“生命”的存在是必要的。如果我们要求由现在来决定未来，那么我们就要消除棋盘板上所有这些标着“不可预测的”区域。如果我们要有稳定的原子沿着围绕恒星的物体（行星）的稳定的轨道一起存在，那么我们必须删去标着“不稳定”的条块。删去其中只有比光快的信号的世界，留给我们的是空间加时间维数为3+1的我们自己的世界，以及那些具有空间加时间的维数为2+1，1+1和1+2的很简单的世界。这类世界通常被认为太简单，以致不可能包含有生物。例如，在2+1维的世界中，质量之间不存在引力，并且存在一个由设计施加的简单性，这对任何试图演化复杂性的意图提出了挑战。

尽管有这些限制，有关在二维世界中如何能够构建工作装置已有种种思索。^[37]我们曾提到过惠特罗的关于在二维世界中产生足够复杂的神经系统的考虑。神经网络是极其受限制的，因为路径不可能交叉而无相交。^[38]

具有多于一维时间的世界是难以想像的，并且似乎能提供更多的可能性。哎呀，它们似乎提供了如此之多的可能性，以至比起在单一时间维度的世界内，物质的基本粒子的稳定性远远少得多。质子很容易衰变成中子、正电子和中微子，而电子蜕变成中子、反质子和中微子。额外时间维度的总效应是造成复杂结构的高度不稳定，除非它们在极端低温度的条件下被冻结。^[39]

当我们考虑空间和时间维数异于3加1的世界时，我们就遇到一个突出的问题。具有多于一维时间的世界不允许从现在来预测将来。在这个意义上它们颇像时间维度为零的世界。一个复杂的有机的系统，如生命所需要的那种系统，不可能利用从它的环境搜集到信息来报告未来的行为。它将是简单的：太简单了以致无法存储信息也无法演化。

如果空间或时间的维数是随机选定的而所有的数目都有可能，那么我们应期待这个数是一个很大的数。选择一个小的数是非常不可能的。可是，由需要有“观测者”谈论这个问题所加的约束意味着不是一切可能性是可供利用的，因而一个三维空间是强加于我们的。所有其他种种世界必定是没有生命的。如果另一个宇宙中的科学家知道我们的定律，但不知道我们居住的宇宙的维数，他们也能单独从我们存在的事实导出空间维数。总之，我们已看到，惠特罗研究空间为什么是三维的问题的方法导致一个有深远意义的认识：为何和如何具有单一时间流向的三维世界是特别的。其他种种选择都太简单，太不稳定，或太不可预测，不适合复杂的观测者在这种世界中发展和持续。结果我们不应对发现我们自己生活在三维的空间而受到单一时间的破坏而感到惊异。不存在有别的世界。