美国物理学家证实「二维世界可能存在生命」，是真的吗？
让我们详细探讨一下这个概念的由来、科学依据以及其局限性：
一、 为什么会有“二维生命”的可能性探讨？
这个问题之所以会被提出，主要源于对生命基本原理的抽象化和对不同维度下物理定律的研究。
1. 生命本质的抽象化： 科学家们试图理解生命的核心特征是什么。这些特征可能包括：
自我复制/繁殖： 能够制造自身的副本。
新陈代谢： 能够获取和利用能量以维持自身。
适应性/进化： 能够对环境变化做出反应并随着时间推移而改变。
复杂性： 具有一定程度的组织和结构，比简单的无机物更复杂。
这些特征是否必须依赖于三维空间才能实现？这是一个开放性的问题。
2. 物理学对不同维度的研究： 物理学家对在不同维度下物质的性质和行为非常感兴趣。例如，在量子力学中，电子在不同维度的势阱中的行为会截然不同。探索低维度（一维或二维）物理系统有助于我们更深入地理解复杂系统的涌现性质。
二、 理论基础与科学家的工作：
提出“二维生命可能存在”的观点，通常是基于计算机模拟和理论模型。
1. 抽象的物理模型和计算模拟： 科学家们会构建简化的数学模型来描述宇宙的运作方式。在这些模型中，他们可以设定一个二维的“世界”，并在这个世界中引入一些基本的“粒子”或“单元”。然后，他们可以为这些单元设定一些规则，例如：
相互作用规则： 它们如何吸引或排斥彼此。
复制规则： 在什么条件下可以分裂并产生新的单元。
能量获取规则： 它们如何从环境中“吸收”能量（例如，通过与环境中的“能量粒子”碰撞）。
通过运行这些模拟，观察这些简化的单元是否能够涌现出类似生命的特征。
2. “生命”的定义在模拟中的体现： 在这些模拟中，“生命”的定义通常会非常基础和抽象。可能仅仅是指能够自我复制，并且不随机地死亡（例如，不会因为简单的碰撞而立即解体）的单元。
3. 例如，一个常见的模拟思路可能是：
在一个二维平面上放置一些“细胞”状的单元。
每个单元都有一些简单的“基因”（可能是数字或状态）。
当两个相邻的单元具有相似的基因时，它们可以“复制”自己，产生一个拥有相似基因的新单元。
如果单元的能量耗尽（例如，长时间没有接触到“能量源”），它就会“死亡”。
随机的“突变”也可能发生在复制过程中，改变新单元的基因，这可能导致它们更好地适应环境，或者更快地死亡。
通过这样的模拟，科学家可以观察到群体中是否会出现稳定的、能够自我维持和传播的单元。
三、 存在一些支持这种观点的理论和研究方向：
人工生命（Artificial Life）领域： 这个领域专门研究在计算机或物理系统中如何创造出具有生命特征的实体。很多研究都集中在低维度系统上，因为它们更容易被分析和模拟。
细胞自动机（Cellular Automata）： 例如著名的康威生命游戏（Conway's Game of Life）就是一个二维的细胞自动机，它展示了简单的规则如何能产生复杂的、类似生命的动态模式，如“振子”（oscillators）和“飞行器”（gliders），这些模式能够自我复制或传播。虽然生命游戏本身不被认为是“生命”，但它展示了低维度系统中涌现复杂行为的可能性。
信息论和计算的视角： 从信息处理和计算的角度来看，生命可以被看作是一种能够存储、处理和复制信息的复杂系统。理论上，信息和计算可以在二维空间中进行。
四、 局限性与现实世界的区别：
尽管理论上可能，但我们需要明确这些“二维生命”与我们在地球上所知的生命有巨大的区别。
1. “生命”的定义不同： 科学家在模拟中使用的“生命”定义通常非常基础，远不及地球生命的复杂性和多样性。例如，地球生命具有高度精密的细胞结构、DNA/RNA信息传递系统、复杂的代谢网络等等，这些很难在简单的二维模型中完全重现。
2. 物理定律的挑战：
化学的复杂性： 地球生命依赖于碳基化学，而碳原子在三维空间中形成复杂分子的能力至关重要。在二维空间中，原子的相互作用和分子结构的稳定性可能会受到限制。例如，某些在三维中容易形成的化学键在二维中可能不稳定。
能量流动和物质运输： 在二维空间中，能量和物质的扩散方式与三维不同。例如，在一个二维平面上，任何一点都容易受到来自四个方向的“干扰”或“信号”，这可能使得信息和能量的有效传递和控制更加困难。
熵和组织： 生命是通过消耗能量来维持其高度有序的结构，以对抗熵增。在低维度空间中，维持这种有序性可能面临不同的挑战。
物理稳定性： 某些物理现象，例如物质的稳定存在，在不同维度下可能表现不同。例如，在某些维度下，点粒子之间的引力强度会随距离的增加而衰减得更快，这可能影响大规模结构的形成。
3. 没有实际观测证据： 目前，所有关于“二维生命”的讨论都停留在理论和模拟层面。科学家们并没有在宇宙中任何地方观测到过任何形式的二维生命。如果存在真正意义上的二维生命，我们可能需要重新思考我们对生命存在形式的认知，但迄今为止，没有任何证据支持这一点。
总结：
当新闻报道或科学讨论中提到“美国物理学家证实二维世界可能存在生命”时，“证实”的含义是指通过理论模型和计算机模拟，在抽象的物理框架下证明了“可能”性，而不是说他们在现实世界中发现了二维生命，或者说二维生命是我们熟知的那种生命。
这是一个非常前沿和有趣的研究方向，它挑战我们对生命本质的理解，并探索了生命出现的普遍性。但从我们目前对宇宙和生命的认知来看，地球生命的形态仍然是基于三维空间和特定化学基础的复杂系统，在二维世界中，要形成类似复杂度的生命，将面临巨大的理论和物理挑战。
所以，可以理解为：科学家通过理论研究，证明了在一个抽象的、简化的二维物理模型中，可以涌现出具备“生命特征”（如自我复制）的实体，但这并不代表真实的、我们能够想象的二维生命形式在我们宇宙的某个角落确实存在。
网友意见
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。
码字不易，都看到这了，请点个赞吧~
这类玩意都不用看。就是扯蛋。二维还是高维都是数学和想象玩意。根本无法观测。
和你跟神棍说。来让神仙，上帝出来啊一样。
拍你一脸圣经说去看吧。看的懂不。不懂你问啥一样。
实际上哪怕真有二维。但是这二个纬度到底怎么定义?是不是现在的定义都没法证实。现在。我们自己的空间到底是三维四维（时间）定义还未统一。（引力既然能超越纬度。那么引力是不是单独纬度?）现在是五维?
我可以很肯定的说明天世界会死一个人。后天也会。每天都会有人死。我还能证实。你还信。信不信?
这新闻标题取得好，有利于新闻的广泛传播，甚至在知乎上还上了热搜。
斯卡吉尔（下图）通过数学计算表明，在理论上，二维宇宙中可能存在一种更简单的引力形式，这样的宇宙可能包含生命存在所必需的复杂性，而这种复杂性可用神经网络来表示。
而题主这个新闻标题是“证实「二维世界可能存在生命」”。
这相当于什么意思呢？
理论上真空之中可以支持生命的存在，所以证实“真空之中可能存在生命。”
理论上太阳之中可以支持生命的存在，所以证实“太阳之中可能存在生命。”
理论上地核之中可以支持生命的存在，所以证实“地核之中可能存在生命。”
斯卡吉尔教授，做出的只是一个理论模型。甚至现实世界绝对的二维世界是否存在，还是一个问题。
当然，也有人假设过，人类世界可能生活在一个全息图之中，不过这仅仅只是一个理论。当然，按照新闻的标题的逻辑，就会这样去取标题，科学家证实“人类世界可能生活在一个全息图中”。
关于宇宙全息理论，知乎上早就有人提出问题探讨过。
对于这个新闻，搜狐、网易、新浪等主流网络媒体，所用的标题，却是很符合斯卡吉尔教授的研究成果的：
所以，题主是被新闻标题给忽悠了。
纯粹的二维尚不能确切支持存在，又如何证实二维生命的存在？
物理上有很多理论和假说，如果都这样取新闻标题，那么这个世界真是无所不能了。
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