美国物理学家证实「二维世界可能存在生命」，是真的吗？ 第1页

本来以为是个神棍文章，仔细看了一下还有点意思。不过这个文章分类在高能物理，我看不太懂具体推导，只能大概解释一下了。

简单来说，作者构造了一种和广义相对论不同的引力理论，说明在这个理论模型下，2+1D时空可以存在类似于我们宇宙中的星系。并且发现在二维空间中的神经网络可以实现与三维网络类似的复杂度。

下面的内容基本来自于题主提到的新闻和原文的introduction部分。

先介绍一下背景吧，之前科学家普遍认为生物只能存在于3+1维时空（3维空间，1维时间）。因为超过三维的空间里，牛顿引力不会产生稳定的周期性轨道，因而高维空间里的行星和恒星的距离不会是稳定的，温度也不会是稳定的，所以很难产生生物，至少是类似于地球生物的这种需要稳定温度的生物。

在2维空间中，之前人们认为有几个原因导致生物无法存在。第一个还是引力的问题。广义相对论要求2+1维时空是处处平坦的，也就是说2+1维时空里的行星感受不到恒星引力的存在（除非绕恒星一圈），也就不存在牛顿引力，所以无法形成我们宇宙中的星系。第二个原因是，2+1维时空的生物不能有单向的消化管道。如果我们用一张纸代表二维生物，用一根线代表消化管道，消化管道两段必须连接到生物体外面，也就是说这根线必须从纸边缘某处开始，到边缘另一处结束，那么这条线必然把纸分为不连通的两部分。也就是说，单向消化管道会将生物体劈成两半。第三个原因是二维空间里，两条神经无法跨过对方，导致神经网络复杂度比三维低很多，因为不能形成复杂的生物神经系统。

这篇文章主要对于第一个原因（引力问题）和第三个原因（神经网络）给出了另外的可能。

作者假设2+1维时空不必遵守广义相对论，作者给出了一个与广义相对论不同的2+1D的标量引力理论，在这个理论模型里，引力可以传播，所以时空可以不再是平坦的，而且可以存在类似于三维的牛顿引力，这样就可能存在稳定的轨道以及与我们相似的宇宙系统。

至于神经网络，作者认为三维的神经网络的复杂功能主要来自于两点：小世界网络(small-world network)和临界现象(criticality)，这两个词是我自己随便翻译的。。。有更准确的翻译烦请各位告诉我。

小世界网络是指这个网络中大多数节点不相连，但是一个节点的邻居节点大多数是相连的，这样的网络结构有一个性质，就是任意两个节点通过少量的边就可以连接起来（边的数量=log(总节点数)），这就意味着，我们的大脑虽然有很多很多的节点（神经元），但是任何两个神经元只需要通过少量的中间神经元连接到一起。这样既保证了大脑的复杂度，又保证了大脑内部沟通的高效。

临界现象是指，在一定范围内，神经元会一起发出信号或者一起休眠，这使得神经网络对外来的刺激更敏感。插一句，这个现象其实和物理里面的相变是一样的，在相变点，体系任何两个地方都是关联的（关联长度趋于无穷），所以对于外来的扰动非常敏感。比如0.1度的水就是液体，但是-0.1度就是固体，所以在0度附近对于温度的变化非常敏感。不过相变点是一个点，然后在现实生活中没办法让系统处在一个特定的点上（好比你永远无法准确的让水处在0度）。所以网络里必须存在某种机制，然这个网络在一定范围内都对外界刺激很敏感（Griffith phase）。

在2+1D时空中的网络结构，尽管不存在严格的小世界网络，但是作者找到了一族随机网络，它们近似满足小世界网络的性质，并且可以在很大范围内都展示出临界现象。

所以这篇文章主要是说，引力和神经网络复杂度不会限制生命在二维世界存在，当然作者也承认，还有一些别的可能的限制存在，比如之前我们提到的消化管道的问题。

下面扯一点虚的，生命的产生过程非常复杂，即使对于三维世界我们到现在也知之甚少。即使引力和神经网络的限制不存在，仍然可能有其他复杂的因素导致生命无法存在；但从另一个角度来讲，生命的形态是由环境决定的，地球上有阳光、空气和水，所以地球的生物利用它们生存，但我们凭什么假设所有的生命都需要这三要素呢？也就是说，即使在二维世界里没有稳定的星系、没有复杂的神经网络，生命也有可能存在，只不过是以一种超乎我们想象的方式。

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