在二维空间,生命也或许存在?

2019-07-01 17:16:28 围观 : 163
来自【广东快三官网07月01日】消息:
图片来历:NASA, ESA, P. Oesch and M. Montes
NASA, ESA, P. Oesch and M. Montes

  在更低的维度上,生命能否存在?2维生命的想象十分诱人,但人们普遍以为,2维空间中不行能有生命存在。其间两个重要原因是:2维引力难以保持行星轨迹的安稳性;2维网络的杂乱度也无法支撑生命活动。

  可是,加州大学戴维斯分校物理学家J. H. C. Scargill在预印本网站宣布了一篇题为“Can Life Exist in 2 + 1 Dimensions?”的论文。在这里,空间是2维的,而时刻是1维的。Scargill经过上述两点论说,在2维空间,生命彻底有或许呈现。

 

2维太阳系的安稳性
2维太阳系的安稳性

  首要,Scargill从引力的视点评论了2维生命的或许性。

  万有引力的一个明显特征是,一旦空间不是3维的,那么万有引力的巨细就不再与间隔的平方成反比。这会引起严峻的成果——地球绕太阳的公转轨迹变得不安稳。任何弱小的扰动,例如一颗陨石落到地球上,都会让地球脱离现有轨迹。

  在非3维空间,假如不修正现在的万有引力理论(广义相对论),就不行能存在安稳的地球绕日轨迹。地球或许是被太阳招引,落入太阳而焚毁;或许是飘离太阳系。

  而在2维空间,除了轨迹安稳性的问题,引力自身也是生命存在的阻力。由于2维空间的引力没有自由度,在这里,乃至不存在真实意义上的引力。

  为了处理这个问题,Scargill在2维空间中引进一个标量场,修正了整个引力理论,然后发生全新的2维引力场。在这种条件下,Scargill证明了能够存在安稳的圆轨迹——这个圆轨迹描绘的是地球绕着太阳公转,而2维生物是日子在这个2维地球上的。

在二维空间,生命也或许存在?

  假如只考虑物理,2维中最重要的相互作用当然是引力,由于引力是最微观的,也决议了时空结构。当然,关于其他三种相互作用——电磁相互作用、强相互作用与弱相互作用在2维空间会变得怎么样,Scargill在研讨中没有说到。

  神经网络是一个“小国际”

  随后,Scargill从数学上证明,在2维空间中,神经网络的杂乱度具有支撑生命的条件。

  神经网络是用神经元经过突起衔接的杂乱网络。在数学结构上,它其实归于图论所研讨的范畴(神经元的细胞体是图的极点,而突起是衔接极点的线条)。图论起源于欧拉对戈尼斯堡七桥问题的研讨,后来在四色问题等研讨中发扬光大,成为一个数学的根底分支。

  比较低一级的生物,比方线虫完好的神经网络已被制作出来了。从现在的研讨定论来看,神经网络的一个要害特性在于,它们是“小国际”网络。“小国际”网络介于规矩网络与随机网络之间,一起具有规矩网络与随机网络的性质。

  小国际特征能够浅显理解为,这个国际其实很小,你只需经过6个人就能够知道国际上的每一个人,包含美国总统或许非洲某村的村长。而在杂乱网络中,小国际模型意味着图中大都衔接都很短,但一起有少量长程衔接。

  关于人脑神经网络来说,现在脑科学研讨的一个根本观念是:人脑神经网络展现出小国际特征。

  在数学上能够证明,与随机网络比较,小国际网络具有鲁棒性,因此也契合大脑的生理特性。在小国际网络中随机删去节点,对网络均匀衔接长度的影响很小。别的,小国际网络有很多的局域衔接合作少量随机的大局衔接,这种形式的传输信息功率也更高。人脑神经网络之所以具有小国际特性,或许是在本钱-功率平衡的压力下,自然选择的成果。

  2维网络的小国际特性

  对2维生物来说,状况有一点特别:2维生物大脑中的神经纤维不能穿插,因此其大脑的神经网络有必要是平面的,这在某种意义上约束了它的杂乱性。因此,一些研讨以为,二维国际太简略了,无法让杂乱的生命呈现。

  可是,2维的神经网络是否也能展示出小国际特征呢?这正是Scargill需求处理的问题。

  北京师范大学体系科学学院副教授崔晓华告知《举世科学》:“Scargill在论文中结构了一些带环的平面图。环在网络中很重要,由于带环的网络能够发生自我的周期行为。有研讨以为,大脑处理时刻信息的一项重要机制,便是使用部分神经环路记载信息。”

  Scargill在论文中证明了,带环的2维网络能够展现出小国际特性。

  除了小国际特性,Scargill还在论文中说到了大脑神经网络拓扑结构的别的两个特色——层级化与模块化,他证明了2维网络也能够展现出这些特色。因此,在神经网络这个视点上,2维空间也或许存在生命体。

  尽管Scargill证明了2维生命体存在的或许性,但这间隔证明2维生命还有很远的间隔。还有其他理由以为咱们这样的生命体无法在2维空间中存在。例如,霍金在《时刻简史》中说到,在2维空间,生命体口腔与肛门的连线(消化道)会把这个生物分割为两个部分,因此2维生命体不能存在——当然这是从消化体系视点来论说这个问题的。或许,关于其他维度的生命,咱们永久无法找到答案。

  尽管如此,这样的评论在科学上是有利的。例如,人脑中的小国际安排形式就很有价值,尤其是在现在的计算机工程范畴,功耗低、高效智能的类脑芯片的开发与之密切相关。


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