2次元生命
2次元生命 / ©KONAMI
space

2次元でも生命は存在できる! 物理学者が新説を発表

2019.06.28 Friday

Point

■私たちの宇宙は3次元(空間)+1次元(時間)で構成されているが、たとえば2次元+1次元でも生命は存在可能なのだろうか?

■基本的な議論では、2次元という制約下では神経ネットワークなど複雑な3次元のシステムを再現できないため不可能とされている

■そんな物理学の常識に対して、生命に必要な複雑な構造が2次元上でも構成可能だとする論文が発表された

え? 物理学者ってまだその段階なの? 俺(私)の彼女(彼氏)は10年前から2次元生命ですけど?

そんな未来に生きる人たちにとっては常識でいまさらな議論が、論文発表され、『MIT Technology Review』に掲載された。

いやいや、これは一部の人には自明のことであっても、物理の議論としては非常に難しい問題だ。

3次元上に築かれた物理システムは、2次元上に全て構成可能なわけではない。例えば生命にとって重要な構造である神経ネットワークは、2次元では再現できない。これは回路の交差などレイヤー構造を2次元では作れないためだ。

ネットワーク

今回発表された論文は、そうしたネットワーク構成の複雑さを2次元で表現する方法について、詳しく議論しているものだ。

この論文はカリフォルニア大学の物理学者により発表され、現在は未査読でコーネル大学arXiv(アーカイブ)にて公開されている。

Can Life Exist in 2 + 1 Dimensions?
https://arxiv.org/abs/1906.05336

次元ってなんなんだ?

物理や数学の話題が好きな人たちは、たびたび登場する次元という単語に辟易とした思いを抱いているかもしれない。

最新の物理の話題には必ずと言っていいほど登場する超弦理論では、宇宙は10次元だ、と主張しており、もはや何が何だか意味がわからない。

けれど、我々がこうした話題の意味を理解しようとするときに、次元の問題をそんなに難しく考える必要はない。大抵の場合、次元というのは、計算するために必要なパラメータがいくつ必要かと言うだけの問題に過ぎないからだ。

例えば誰かと待ち合わせをするとき、どんな取り決めをするだろうか?

2枚目の画像
©2019 Google

まずは場所だ。これは地図上のXYという2次元座標を決めているわけで、2次元の情報だ。もしそれが建物の場合には、何階にいるという情報も付随する。これで高さZを含めた3次元の情報になる。

ただこれだけでは待ち合わせの取り決めには不十分だ。普通はさらに時間を決める必要がある。何日の何時、ここまで決めると時間Tを含めた4次元の情報になる。

人と待ち合わせるために4つのパラメータが必要ということは、私たちの住むこの世界が4次元構造であることを表している。

よく空間は3次元だけど、時間を含めると4次元になるというのはこのためだ。ただ、通常時間軸は空間軸の様に自由に操作可能な軸ではないため、我々の宇宙を表現するとき4次元空間という呼び方は避けられる。

だいたいが3次元+1次元の時空という言い方をしている。

まどろっこしい言い方に聞こえるが、では動画の場合は何次元かと言うことを考えてみよう。

3枚目の画像
Credit:YouTube Japan 公式チャンネル

2次元の画像に対して+1次元のシークバーがついているので、この動画は2次元+1次元ということになる。一般的には平面は2次元、立体は3次元という言い方をされるが、時間のような空間からは独立したパラメータが付属することで、2次元平面の動画も理論上は3次元構造になったりするのだ。

なので、一般的に2次元と言った場合は可愛いおn…平面のことを指しているが、数学や物理で考えた場合、単に座標の指定や現象の記述に2つしかパラメータが使えない、という理解の仕方で問題ないだろう。

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