来源：原则
在生活中，我们经常说平面是二维的，三维空间是三维的。但是什么是三维的呢？
事实上，“维度”最基本的定义并不那么简单。在数学中，维数是一个独立的参数。虽然不完全准确，但最直观、最简单的理解是，系统的维度是物体在系统中可以独立移动的方向，上下维度与硬币的两面相同。在一个建筑中(也就是说，在空间中)，我们可以前后左右移动，或者上下楼梯，上下移动，也就是说，前后左右上下是空间中的三维空间。
对于物理学家来说，还有一个问题让他们挣扎了很长时间：为什么它是三维的？
未解之谜
必须承认，我们目前的科学在解释这个问题上并不十分成功。我们最好的自然理论仍然不能解释为什么我们知道的空间可能是三维的，而不是二维、四维或更高维，因为许多想法实际上可以在其他维度上建立。甚至爱因斯坦的广义相对论也没有提到空间最明显的特征。事实上，稍加调整，相对论的数学可以在任何维度上建立。
我们没有放弃寻找为什么我们的空间是三维的直接原因。
1917年，物理学家艾伦菲尔德写了一篇鼓舞人心的文章，列举了一系列证据来解释为什么三维是描述我们世界的最完美的维度。在n维空间中运动的行星上的重力与距离的(n-1)平方成反比。艾伦菲斯特指出，太阳系中行星的稳定轨道和原子中电子的静态精确地要求力的平方反比定律。例如，如果与重力的反比不是距离的平方，而是立方，那么行星的轨道将是不稳定的，也不会是椭圆形的。
理论家也提出了人类选择的原则来解释三维特征。宇宙中有各种可能的维度，但是我们能看到我们所看到的原因是像我们这样的生物需要一个三维的栖息地。或者，“我们在这里是因为我们在这里。”我们的大脑由三维相交的神经元组成。我们的消化道是一根圆柱形的管子。三维螺旋传递我们的基因蓝图。空间的维度在物理学中是一个数字，就像决定电磁强度和引力的常数一样，它决定了复杂的生命是否能进化。原子和分子并不以我们已知的形式存在于三维空间之外。
然而，并非所有学者都接受这一解释。圈量子引力的创始人卡尔罗罗威利认为这是“无稽之谈”。罗韦利曾经说过，“似乎没有科学工具来解决这个问题。”然而，许多科学家认为这个问题的答案在于物理学。我们只是还没找到。
去高维空间寻找答案
量子引力理论统一了广义相对论和量子力学。在宇宙的第一个灼热时刻，当空间本身是一个微小的量子混乱时，它可能是有效的。也许空间的三维本质是在这个狂热的时代由未知的物理产生的。然而，这是一个难以验证的问题。巨大的机器，如欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机，正在用巨大的能量碰撞粒子，希望把我们对物理学的理解推进到那些充满极高能量的初始时刻，但这还有很长的路要走。
除了量子引力理论，超弦理论中还有一个“膜宇宙”。可以理解，我们的宇宙只是漂浮在更高维度空间中的三维“膜”。在这种背景下，一些科学家开发了一种“高维碰撞”模型。例如，日内瓦大学的理论物理学家鲁思杜尔认为，宇宙曾经包含八个维度的膜。高尺寸的薄膜比低尺寸的薄膜更容易相互碰撞。当碰撞发生时，薄膜融合并蒸发成一系列重力粒子或引力子。杜勒发现，只有空间维度小于或等于3的电影才足够薄，可以避免碰撞和灭绝的命运。也许其中一个已经成为我们的宇宙。
空间维度专家兰道尔和他的合作者也提出了一种可能性。在她的模型中，许多不同维度的宇宙漂浮在一个膨胀的十维超空间中。当这些宇宙碰撞时，它们会相互湮灭。计算表明三维和七维宇宙最有可能在这样的碰撞中幸存下来。
如果你接受这样的设置，这个问题似乎已经有了(至少是部分)答案。
量子理论的限制
一些学者认为我们不必“走那么远”。理论物理学家马库斯米勒认为我们可以解决三维问题，答案就在我们现有理论的基础上。
量子理论确实很好地描述了物理世界，但它也在某些方面违背了我们对现实的传统看法，比如允许物体同时处于两种状态或两种位置。这一理论也否定了我们所珍视的一些原则，比如清晰的因果关系。
米勒与马萨尼斯合作研究了发送方和接收方交换量子态编码信息的情况，这是真正的超安全量子密码学的基础。大量实验表明，在经典世界中，发送者和接收者拥有的量子信息是相互关联的。例如，如果你改变一端用来编码信息的光子的量子状态，你可能会看到另一端光子的状态发生了惊人的瞬间变化。
这两个人在开始时提出了一些“合理”的假设，假设这样一对发送者和接收者周围的物理世界是如何工作的。它必须有一定数量的维度，比如时间维度，并且必须有某种方式让信息在其中流动。此外，他们假设世界上至少有一些物理过程是随机运行的，尽管他们没有具体说明随机的程度。
经过复杂的数学证明，结果令人惊讶。量子理论不仅是唯一能提供自然界中可见的随机性和相关性的理论，而且它只能在空间是三维的情况下运作。
但这可能只是数学上的巧合。量子态不是由一维实数描述的，而是由二维复数描述的。这些数字相互作用的方式产生了对物体的完整描述，例如光子，它们可以同时处于多种状态，自然地勾勒出一个三维球体来描述所有这些可能的状态。也许这个结果只是强调了基本量子物体的维度和空间的维度是如何碰巧相同的。
米勒不这么认为。他认为这指出了空间几何和量子理论中固有的概率之间不可分割的联系。如果是这样的话，相对论和量子理论的根源将嵌入宇宙信息交换的方式中，这意味着哪里可以找到任何统一的理论。"它提供了一个线索，即信息的概念将是量子引力的一个重要组成部分."米勒说。
自从他和马萨尼斯的论文发表后，其他研究人员已经用信息论的类似论点来限制空间的维度。相关研究还表明，量子力学只能在三维宇宙中建立，至少在微观物体成对相互作用的宇宙中是如此，正如我们的宇宙所示。这个限制被放宽了，这样三个或更多的量子系统可以同时相互作用，一个更高维度的宇宙就建立了。
然而，在另一项研究中，布劳迪认为我们得出的结论在很大程度上取决于我们使用的数学语言。量子力学也可以用四维“四元数”和八维“八分位数”来表示。布劳迪和他的同事伊娃玛丽亚格雷夫证明了在四元数公式中，五维空间是自然产生的，而八维量子力学需要九维空间。
这是回到原点吗？不完全是。与传统的量子力学相比，这些表达式重新预测了一些实验结果的细微差异，包括粒子之间不同程度的相关性。布劳迪说，如果量子相互作用真的是空间维度的来源，这意味着有机会找到新的想法和设计新的实验方法，而不需要在大型强子对撞机等机器上花费巨额资金。
事实上，空间本身非常“主观”。18世纪哲学家康德将空间描述为“感性的主观条件”。它的唯一意义是让我们弄清楚其他物体之间的关系。爱因斯坦还说，我们可以很容易地理解“红色”、“困难”或“失望”这些词的含义，但在解释空间中有很大的不确定性。
也许最后还有另一种可能性。我们可能不得不接受一个残酷的事实，即空间的维度太“人性”，这可能是一个无法解释的解释。
