Miért élünk egy univerzumban, amelynek három térbeli és egyszeri dimenziója van - 3 + 1, ahogyan a kozmológusok mondanák? Miért pontosan ez a kombináció, és nem 4 + 2 vagy 2 + 1? Az elmúlt évtizedben a fizikusok sokszor megvizsgálták ezt a kérdést, és más, különböző tulajdonságokkal rendelkező univerzumokat gondolkodtak, hogy megértsék, létezhet-e benne komplex élet vagy sem. És elkerülhetetlenül arra a következtetésre jutottak, hogy nem létezhet egy négy vagy két időbeli térbeli dimenzióval rendelkező univerzumban. Tehát az emberek elkerülhetetlenül végül (és a végén) egy 3 + 1 univerzumban lesznek.
Ez az antropikus érv: az a gondolat, hogy az univerzumnak meg kell lennie a megfigyelők túléléséhez szükséges tulajdonságokkal.
Hogyan néz ki egy kétdimenziós univerzum?
De mi lenne az egyszerűbb univerzumokkal, mint például a 2 + 1? A fizikusok elméletük szerint a tér két dimenziója nem biztosítja elegendő komplexitást az élet fenntartásához. Azt is gondolják, hogy a gravitáció nem működik két dimenzióban, tehát olyan tárgyak, mint például a Naprendszer, nem képezhetnek képeket. De valóban így van?
James Scargill a Davisi Kaliforniai Egyetemen, minden elvárással ellentétben, megmutatta, hogy a 2 + 1-dimenziós univerzum képes támogatni mind a gravitációt, mind az összetett életet. Munkája aláássa az antropikus érvelést a kozmológusok és a filozófusok számára, akiknek más okot kell keresniük, hogy az univerzum milyen formájú legyen.
Először egy kis háttér. Az egyik nagy tudományos rejtély az, hogy a fizika törvényeit életre keltetni (vagy finomítani) lehet. Például a finomszerkezeti állandó numerikus értéke önkényesnek tűnik (kb. 1/137), és mégis különféle fizikusok rámutattak, hogy ha még enyhén eltérnek is, az atomok és a bonyolultabb tárgyak nem képezhetők. Egy ilyen univerzumban lehetetlen lenne az élet.
Az antropikus megközelítés az, hogy ha a finom szerkezet állandó más értéket vesz fel, akkor nem lennének megfigyelők, akik meg tudnák mérni. Ez az oka annak, amit mérünk!
Promóciós videó:
Az 1990-es években Max Tegmark, most a Massachusetts Technológiai Intézet fizikusa, hasonló érvet dolgozott ki az univerzum dimenzióinak számára. Azt állította, hogy ha egynél több idődimenzió lenne, akkor a fizika törvényei nem rendelkeznek azokkal a tulajdonságokkal, amelyeket a megfigyelőknek megjósolniuk kell. Ez határozottan kizárná a fizikusok és esetleg maga az élet létét.
Most térjünk tovább a négy térbeli dimenzióval rendelkező univerzumok tulajdonságaihoz. Egy ilyen térben Newton mozgási törvényei nagyon érzékenyek lennének az apró zavarokra. Ennek egyik következménye az, hogy nem alakulhatnak ki stabil pályák, tehát nem lenne naprendszer vagy más hasonló szerkezet. "A három dimenziót meghaladó térben nem lehetnek hagyományos atomok és esetleg stabil szerkezetek" - mondja Tegmark.
Így az élet feltételei valószínűtlennek tűnnek a több dimenziójú univerzumokban, mint a miénk. Az érv azonban az, hogy a kevesebb dimenzióval rendelkező univerzumok kevésbé biztonságosak.
Van egy vélemény, hogy az általános relativitáselmélet nem működik két dimenzióban, ezért nem lehet gravitáció.
De James Scargill másképp gondolja. Dolgozatában megmutatja, hogy sokkal egyszerűbb, tisztán skaláris gravitációs mező lehetséges két dimenzióban, és ez lehetővé tenné a stabil pályákat és az intelligens kozmológiát. Csak azt kell megmutatni, hogy miként jelentkezhet komplexitás a 2 + 1 dimenziókban. Scargill megközelíti ezt a problémát az idegi hálózatok szempontjából. Rámutat arra, hogy a biológiai ideghálózatok bonyolultsága különféle tulajdonságokkal jellemezhető, amelyeket minden 2D-rendszernek reprodukálnia kell.
Közöttük a "kis világ" tulajdonsága, egy kommunikációs modell, amely lehetővé teszi, hogy néhány apró lépésben áthaladjon egy komplex hálózaton. Az agyhálózatok másik tulajdonsága az, hogy olyan módban működnek, amely finoman kiegyensúlyozott a magas aktivitásról az alacsony aktivitásra való átmenet között - a kritikussági mód. Ez csak úgy tűnik lehetséges, hogy a moduláris hierarchiával rendelkező hálózatokban a kis alhálózatokat nagyobb hálózatokba egyesítik.
Scargill felteszi azt a kérdést, hogy van-e olyan 2D-hálózat, amely rendelkezik ezekkel a tulajdonságokkal - kis világtulajdonságok, moduláris hierarchia és kritikus viselkedés.
Ez eleinte valószínűtlennek tűnik, mivel a 2D-s grafikonokban a csomópontok egymással keresztező éleken keresztül kapcsolódnak. Scargill azonban megmutatja, hogy a 2D hálózatok valóban modulárisan építhetők be, és hogy ezeknek a grafikonoknak van bizonyos kisvilág tulajdonságai.
Azt is megmutatja, hogy ezek a hálózatok a viselkedés közötti átmeneti ponton működhetnek, ezáltal demonstrálva a kritikát. És ez egy csodálatos eredmény, ami azt sugallja, hogy a 2D hálózatok valóban támogatják a meglepően összetett viselkedést. Természetesen ez nem bizonyítja, hogy a 2 + 1 világegyetem valóban támogassa az életet. Több munkát igényel, hogy biztosan megtudja.
