Химия в двух пространственных измерениях?

Вы можете создавать сложные организмы

Лептоны (электроны, мюоны и т. д.) — это точечные частицы, и я думаю, что кварки тоже можно смело рассматривать как точки в пространстве. Я думаю, можно с уверенностью считать, что они могут существовать в 2D. Следовательно, вы по-прежнему можете получить сложную химию, поскольку вы можете построить плоские атомы, а с их помощью вы можете построить плоские молекулы, затем плоские белки и придать своим белкам некоторые сложные поведения, такие как «зацепление» одного за другим. Удаление измерения не делает механику невозможной.

Я не думаю, что вас должны волновать плоские орбиты.

Частицы не подчиняются нашему здравому смыслу «местоположения», само понятие орбиты не имеет значения в квантовой механике. В основном они то где-то, то еще где-то, они не перемещаются из одного места в другое, они просто каким-то образом меняют свое местоположение в пространстве-времени в соответствии с вероятностью быть там или там. Это дает нам очень известный «туннельный эффект», позволяющий электронам «проходить» через непроницаемые стены. Единственное, что все еще должно применяться, — это принцип запрета Паули и фундаментальные силы.

Хотя ответы были даны, я думаю, очень важно отметить, что не вся химия была бы возможна, и образование белков было бы невозможно.

Атомы связываются на основе электрических сил, а структура и стабильность знакомых молекул сильно зависят от трех измерений. Например, углеводороды — это цепи, требующие трехмерности. Атомы водорода образуют кольца вокруг атомов углерода, которые связаны друг с другом в другом измерении.

В двухмерном пространстве механики для этой структуры не существует. Связи между атомами не поддерживают «раздвижение» атомов углерода дальше друг от друга, чтобы освободить место для большего количества водорода (что разорвет связь), или принуждение атомов водорода к объединению в одну плоскость, что сделает ее нестабильной (они будут отталкивать друг друга). поскольку валентность углерода поддерживает связь с электроном, открытые протоны отталкиваются). Вы не можете просто «сгладить» структуру и ожидать, что она останется стабильной, особенно для более сложных молекул, таких как белки.

Таким образом, хотя основные молекулы могут существовать и даже сложные, они вряд ли будут похожи на то, что мы наблюдаем в трехмерном пространстве. Тем не менее, это позволяет проявить некоторую изобретательность в вашем письме, поскольку вы можете обосновать, когда правила трехмерного пространства «действуют» или «не действуют», если хотите.

Согласно этому ответу на обмен стеками физики , QCD работает почти так же в 2D, так что ура! Вы получаете стабильные атомные ядра!

Однако более низкая размерность означает, что меньше места (как фактического физического «объема», так и пространства состояний) для нуклонов, чтобы упаковать их в энергетические оболочки, поэтому у вас меньше стабильных ядер — таблица Менделеева усекается внизу. Кроме того, сокращение пространства для электронов означает, что вы быстрее заполняете орбиты, а таблица Менделеева сжимается по горизонтали.

Однако, к счастью, жизнь не очень часто использует большую часть нашей периодической таблицы, так что, вероятно, в вашей двухмерной жизни осталось много структурной сложности.

Внедрение anyonic electronics приводит к странным вещам. Вы больше не можете полагаться на статистику Ферми для определения структуры энергетической оболочки. Вы, вероятно, получили бы значительно больше вариаций химических свойств вашего ограниченного набора стабильных элементов... но их было бы гораздо труднее предсказать, и периодическая таблица больше не была бы особенно периодической.

У вас также есть проблема, что двумерные электрические поля затухают только пропорционально$\frac{1}{r}$, что означает, что у изолированных зарядов нет скорости убегания, и полностью ионизировать изолированный атом невозможно. Хорошо, что противоположные заряды нейтрализуются! Это имеет некоторые забавные последствия: 2D-атомы могут поглощать фотоны сколь угодно высокой энергии; в то время как могут быть энергетические запрещенные зоны, которые обеспечивают прозрачность для некоторых более низких энергий, вся материя должна в конечном итоге стать непрозрачной для высокоэнергетического света. Это делает защиту от УФ-излучения планетарной атмосферой удобной и легкой, если вы хотите, чтобы эта химия поддерживала формы жизни.

Я не очень хорошо разбираюсь в химии, но если предположить, что атомы могут существовать в двух измерениях, т. е. электроны имеют плоскую орбиту, то, конечно же, вы можете создавать молекулы. Проблема, конечно, в том, что любые не-2d соединения в молекулярных структурах невозможны, что является большим ограничением.