A gravitációs hullámok közelmúltbeli felfedezése az univerzumunkat szülõ Nagyrobbanásból hullámokat váltott ki asztrofizikus és kozmológiai körökben. Néhányan lelkesen üdvözölték az új felfedezést, azt állítva, hogy ez végre bizonyítja az infláció valóságát (az univerzum úgynevezett gyors terjeszkedése, amelyet az elmélet a nagy robbanás után állít fel).
Mások óvatosságra szólítottak fel, rámutatva, hogy a felismert hullámok részben más tényezőknek is következményei lehettek, nem csupán az inflációtól. Egyesek bejelentették, hogy ezek az eredmények végül eltemetik az univerzum megfigyelt tulajdonságainak magyarázatára irányuló szinte minden alternatív elméletet, mások figyelmeztettek a túlzott sietésre, először felhívva a lehetséges alternatívák következetlenségének "megbízható bizonyítását". Ezen általános izgatott háttér mellett az egyik vezető modern kozmológus, Andrei Linde, a Stanfordi Egyetem beszéde különösen érdekes volt.
Üdvözölve az új felfedezést, azt mondta, hogy az nemcsak „eltávolítja az összes többi inflációs modell 90% -át a vitáról”, hanem „tökéletesen illeszkedik a kaotikus infláció elméletéhez”, vagyis az az elmélet, amelyet Linde maga fejlesztett ki körülbelül 30 évvel ezelőtt. Nem véletlen, hogy Linde szavai minden kollégájuk érdeklődését felkeltették. A helyzet az, hogy ha további tesztek valóban megerősítik a kaotikus infláció valóságát, ez azt jelenti, hogy a kozmológia végül sikerült megoldania egy fájdalmas és alapvető kérdést, amelyre évtizedek óta nem képes kielégítő választ adni.
Ez a kérdés, amint látni fogja, alapvető számunkra, hétköznapi kíváncsi emberek számára is, mert a legeredményesebb formában így hangzik: miért létezünk egyáltalán?
Hadd magyarázzam el most. Már a múlt század közepén észrevették, hogy az alapvető fizikai állandók (például az elektron töltés, az univerzális gravitációs törvény gravitációs állandója és számos más alapvető mennyiség) rendkívül pontosan vannak beállítva annak biztosítása érdekében, hogy az univerzumban az élet olyan formában létezzen, amelyben mi tudjuk.
Számos más példa is van a természetvédelmi törvények ilyen finom kiigazítására az antroposz, azaz egy személy igényei szerint. Tegyük fel, hogy életünk szénen alapul, és a szén, amint azt a kémiai elemek képződésének folyamatainak tanulmányozása kimutatta, nem jelenhet meg az univerzumban, ha az atomi energiaszintek ennél könnyebbek, mint a szén, az elemek még a jelenlévő rész töredékének milliárddalától is különböznek egymástól. igazán.
Egy másik példa, már a tér geometriájából: az élet kialakulásához és fejlődéséhez olyan bolygókra van szükség, amelyek a gravitációs törvény szerint csillagok körül forognak. És a relativitáselmélet általános elmélete azt mutatja, hogy két dimenzió térében a gravitáció túl gyenge lenne ahhoz, hogy a bolygót a csillagok közelében tartsa, és négy vagy több dimenzió térben egyáltalán nem lehet gravitáció.
Az antropók számára csak a három dimenziós tér marad meg, amelyet körülöttünk látunk. És nagyon sok ilyen példa létezik. Azok, akik érdeklődnek, Barrow és Tippler csodálatos könyvére utalok: "A kozmológiai antropópiás elv".
Promóciós videó:
Hogyan magyarázza meg egy ilyen finom illeszkedést? Már 1973-ban Brandon Carter, a híres asztrofizikus, a kopernikuszi születés 500. évfordulója alkalmából a krakkói konferencián beszélt, lehetséges választ adott erre a kérdésre. Ezt a választ "antropikus elvnek" hívják. Azt állítja, hogy ellentétben a régi (kopernikusi) hiedelemmel, miszerint a Föld helyzete az űrben nem különbözik az univerzum minden más lehetséges helyétől, valójában Carter azt mondja: „A helyzet, bár nem feltétlenül központi, mégis kissé különleges.”.
Mi ez a szolgáltatás? Az a tény, hogy a számunkra látható világegyetem teljes környékén, a természet törvényei és állandói pontosan azok, amelyek szükségesek az élet és az antroposzok, mint „korona” megjelenéséhez.
Más szavakkal, egy olyan különleges (nézőpontunkból álló) helyen jelentek meg az univerzumban, ahol csak mi jelenhetnénk meg. Ha feltételezzük, hogy sok más sarok van az univerzumban, amelyeket nem látunk, akkor valószínű, hogy a természet törvényei és állandói eltérnek egymástól, az élet és az ember nem jelenhet meg ott, és ezért senki sem csoda, hogy miért vannak a természet törvényei körülötte olyanok, hogy kizárják annak előfordulását.
Így az alapvető kérdésünkre adott válasz abból a tényből fakad, hogy létezünk, mert az univerzum részünkben levő hihetetlenül boldog véletlen egybeesések révén pontosan ilyen természet törvényei és állandói alakultak ki, amelyek ideálisan igazodtak megjelenésünk lehetőségéhez.
Az antropikus elv ezt a megfogalmazását később gyengenek hívták, mert lehetséges egy erősebb kijelentés megfogalmazása, amelyet erős antropikus elvnek neveznek. Ezen elv szerint a világegyetemben nincsenek más részek vagy helyek - mindegyik azonnal létrejött, hogy törvényei és állandói mindenhol azonosak legyenek, és pontosan igazodjanak az élet megjelenésének és az oknak a lehetőségéhez. Logikusabbnak tűnik, mint az univerzum „különböző helyeiről”, „eltérő törvényekkel” kapcsolatos állítás (miért hirtelen ?!). De az antropikus elv ebben a formában erősen hasonlít az egész világegyetem szándékos (isteni?) Létrehozásának történeteire az ember kedvéért, és ezért a legtöbb tudós elhatározta, hogy elutasította azt. Mindazonáltal a jó illeszkedés ténye nyilvánvaló volt és magyarázatot igényelt. Linde egyike azon kevésnek, akik komolyan próbálták,vagyis szigorú elméleti számítások segítségével ellenőrizze: létezhetnek-e olyan forgatókönyvek a világegyetem születésében, amelyek megmagyaráznák ezt az illeszkedést?
Hadd emlékeztessem önöket, hogy a Nagyrobbanás eredeti forgatókönyve szinte azonnal született, miután Einstein létrehozta az általános relativitáselméletet, amely a gravitációt összekapcsolta a tér és az idő tulajdonságaival. Einstein úgy vélte, hogy az univerzum állandó helyzetben van, és testének egymáshoz viszonyított gravitációját egyfajta kitörő mező kiegyensúlyozza (ma sötét energia mezőjének hívják).
Néhány év elteltével azonban Hubble felfedezte, hogy a világegyetem valóban tágul (minden galaxis elmozdul egymástól) egy bizonyos kicsi, de észrevehető sebességgel, mintha ezek a galaxisok egyszer kaptak valamilyen kezdeti impulzust, és továbbra is tehetetlenséggel mozognak (ma ismert, hogy a sötét energia mezeje ezt a mozgást is felgyorsítja). Ezt a kezdeti impulzust a Big Bang elnevezéssel kapta (az asztrofizikus Hoyle hevesen megkeresztelte a Big Bang-ot - "Big Clapperboard").
A Big Bang elmélete nagyon jól leírta az univerzum születését és fejlődését. Azt állította, hogy a világegyetem rendkívül forró és sűrű plazmacsomóként jött létre, amely fokozatosan tágult (a térével együtt) és fokozatosan lehűlt.
Kezdetben az anyagot nem lehetett anyagokra és energiára osztani, de lehűlve az erő (energia) mezők megjelenni kezdtek (egymástól külön) - nukleáris, gyenge, elektromágneses, és velük együtt kezdtek megjelenni a hozzájuk tartozó részecskék - kvarkok, elektronok, neutrinók stb. És végül (az elmélet szerint a robbanás után kb. 380 ezer évvel) az univerzum annyira lehűlt, hogy az energia mennyisége nem szakította meg az újszülött atomjait, majd az anyag esett ki az általános plazmából.
Az atomok között üreg (vákuum) maradt, amelyet óriási intenzitású elektromágneses sugárzás töltött be. Az atomok összefüggenek az anyagcsomókban (végül az első csillagokat és galaxiseket képezik), és a maradék sugárzás tovább hűlt, azaz a nagyon rövid hullámhosszoktól kezdve egyre hosszabb hullámhosszúvá váltak (mind az anyaggal való ütközések energiavesztesége miatt, mind a hullámok kitágulásának eredményeként) a tér folyamatos bővüléséhez), és mára már 3 Kelvin-fokra lehűlt (hullámhossza már több milliméter). Reziduális vagy reliktiv kozmikus sugárzásnak hívták.
Ezt a karcsú és lenyűgöző képet ragyogóan megerősítették, amikor Penzias és Wilson éppen ilyen sugárzást fedezett fel 2,7 kelvin hőmérsékleten, és az ég minden oldaláról elérte a Földet, vagyis az egész univerzumot kitölti. A megerősítéssel együtt felmerült egy másik kérdés, mert kiderült, hogy ez a sugárzás egységes, vagyis minden irányban azonos hőmérsékletet mutat, azaz az egész univerzumban. Hogy lehet? Az elmélet szerint a Big Bang 13,7 milliárd évvel ezelőtt történt. Ez azt jelenti, hogy a relikviás sugárzás körülbelül 13,3 milliárd évvel ezelőtt jött létre.
A legtávolabbi pontok, ahonnan ez a fény ma eljuthat a Földre, 13,3 fényév távolságra lehetnek, ami azt jelenti, hogy az ég egymással szemben lévő két pontja közötti távolság 26,6 milliárd fényév. Semmilyen energia nem tudott mozogni az egyik ilyen pontból a másikba, mert ehhez kétszer olyan nagy sebességű fénysebességgel kell mozognia, ami lehetetlen. Időközben Penzias és Wilson mérései azt mutatták, hogy ez a két pont azonos hőmérsékleti maradék sugárzást bocsát ki, vagyis termikus egyensúlyi állapotban vannak.
Ezt a furcsaságot horizont problémanak hívták (mivel mindkét fenti pont a mai világegyetem szélén vagy a láthatáron van). A probléma megoldására irányuló kísérlet során Alan Guth 1981-ben az infláció gondolatát terjesztette elő (az inflációt "infláció", "duzzanat" -ként is fordítják), amely szerint a Nagyrobbanás kezdeti plazmavérzése kicsi volt, és ezért annak minden része energiát cserélve ugyanolyan hőmérsékletre jön.
És akkor egy szörnyen rövid idő alatt (10 másodpercről a másodperc mínusz 35. teljesítményére) rövid, de szörnyen gyors infláció történt az univerzum térségében, amely a jelenlegi látszólagos méreteihez (10-től a 23. 23. km-ig) növekedett. Nem érdemes ezeket a számokat megjeleníteni. Ennek az inflációnak a sebessége elképzelhetetlenül meghaladta a fénysebességet (ami azonban nem sértette a fénysebesség határértékének elvét, mivel nem a jel továbbítása történt az űrben, hanem a tér kiterjedése).
És természetesen ebben az időben az univerzum minden része nem tudta megváltoztatni állapotát, és ezért mindenütt termikus egyensúlyi állapotban maradt egymással.
Guth inflációs elmélete nemcsak a láthatár problémáját oldotta meg. Ugyanakkor elmagyarázta, hogy miért tűnik számunkra a megfigyelt világegyetem átlagosan (vagyis nagyon nagy távolságokon) gyakorlatilag homogénnek és laposnak (vagyis olyannak, amelyben az euklideszi geometria törvényei teljesülnek, és nem mondjuk, hogy a Riemann gömbgeometria vagy Lobachevsky hiperbolikus geometria törvényei).
Durván szólva, az infláció „kihúzta” az univerzális tér hengerelt „szőnyegét”, eltávolítva a legkisebb eltéréseket a síktól, és euklideszi, és maga a világegyetem homogén lett.
(Szigorúan, kedvéért, korunkban a sötét anyag felfedezése, amely az univerzumban többször meghaladja a szokásosokat) újból felvetette a síkosság és az egységesség problémáját a tudósok számára, mivel kiderült, hogy a sötét anyag az űrben a szokásosnál eltérő módon van elosztva, látható. új, összetettebb inflációs elméleteket hozott létre, ám ezeknek semmi köze nincs a kozmológiában az antropikus elv történetéhez.)
Mi volt a nagyroham és az azt követő infláció kiváltó oka? Guth szerint minden a vákuum kvantumingadozásaival kezdődött. Durván szólva, a kvantumfizikában a vákuum nem üresség, hanem egy bizonyos mező speciális állapota, amelyben az energiaingadozások előfordulhatnak. Az ilyen vibráció rövid ideig növeli a mező energiáját, és akkor instabil állapot lép fel, amelyet hamis vákuumnak neveznek.
Egy ilyen állapot rendkívül gyorsan szétesik, vagyis normalizálódik, de bizonyos körülmények között egy olyan térrész, amelyben hamis vákuum keletkezett, majd szétesett, felhasználhatja azt az energiát, amely hirtelen megjelent benne, őrült expanziójára, vagyis az inflációra. Guth szerint éppen egy ilyen folyamat hozta létre a megfigyelt világegyetemet, és egy ilyen mikroszkopikus, tehát homogén és egyensúlyi területen zajlott, és az abból származó világegyetem - amint már említettük - homogén és egyensúlyi.
Sőt, az eredeti hely annyira kicsi volt, hogy a fizika törvényei benne voltak mindenhol azonosak - tehát az azonnal felfújt univerzumban mindenhol ugyanazok maradtak. És az a tény, hogy ugyanakkor kedvezőnek bizonyultak az élet és az ok kialakulásához, már pusztán véletlen egybeesés. A válasz lényegében megismétli egy erős antropikus elvet, szigorú tudományos alapot adva.
Ez a következtetés Linde számára elfogadhatatlan volt, és megpróbálta általánosítani Guth elméletét. Elutasította a mikroszkopiasság feltételezését, és ezért a kezdeti terület homogenitását, ahol a hamis vákuum megjelenik, és megvizsgálta (elméletileg természetesen), hogy mi történne, ha figyelembe vesszünk egy elég nagy térterületet, amely biztosan nem lehet sem homogén, sem energetikailag egyensúlyi.
A számítások szokatlanul érdekes eredményekhez vezettek. Kiderült, hogy ebben az esetben a hamis vákuum kvantumingadozása ennek a területnek a különböző helyein fordulhat elő, különböző időpontokban és eltérő intenzitással. Emiatt egyes helyek inflációs ütemben megduzzadnak, míg mások vagy egyáltalán nem bővülnek, vagy korábban leállnak. Nem egyetlen univerzum jön létre, mint ahogy Guth elmélete, hanem egy egész csomó univerzum, mindegyik olyan nagy, mint az egyetlen Guth.
És mivel ez a világegyetemi klaszter (hasonló a világegyetemhez, Linde multiverse-nek nevezett, vagyis valami "multiverse" -nek nevezett) egy vákuum kaotikus állapotából és egy kaotikus rendellenességből született, maga kaotikus lesz, vagyis lehetetlen egyetlen a születés pillanatában, minden rekeszében (minden különálló univerzumban) minden bizonnyal megvannak a saját tér, idő és természet törvényei, szigorúan a gyenge antropikus elvvel összhangban.
Az új elméletet kaotikus inflációnak hívják. Fejlesztésével Linde 1986-os munkájában kimutatta, hogy a multiverse gyorsan növekvő rekeszében a vákuum és más mezők kvantumingadozásainak kell felmerülniük, amelyeknek az ilyen helyek folyamatos és végtelen felfedéséhez kell vezetniük ezekben a rekeszekben, hogy a multiverse korlátlan ideig önmásolódjon.
Ennek a folyamatnak nincs kezdete és vége, ezért Linde ezt az új grandiózus forgatókönyvet az örök kaotikus infláció elméletének nevezte. Ez a végtelen infláció kaotikus lesz abban az értelemben is, hogy a különböző rekeszekben felmerülő összes új rekeszben (univerzumok) (új és új univerzumok) elvileg eltérő geometriájúaknak kell lenniük (beleértve a tér különböző dimenzióinak számát), különböző tulajdonságokkal idő és különféle típusú részecskék és mezők.
Tehát lehetséges, hogy közülük sokan, mondjuk, hat térbeli dimenzióval rendelkeznek, vagy nem tartalmaznak anyag részecskéket, és így tovább, és így tovább. (Természetesen az is valószínű, hogy közülük sok - és számuk végtelen - nagyon alkalmas lesz az élet és az ok megjelenésére, bár mindegyik a saját idejében, nem feltétlenül egybeesik a többivel.)
És most Linde kijelenti (és Guth már kifejezte egyetértését vele), hogy a gravitációs hullámokra vonatkozó új adatok leginkább egybeesnek az ő elméletének előrejelzéseivel.
Mint mondtam, ha szavai végül megerősítést nyernek, a tudomány végül választ kap arra, hogy miért létezünk egyáltalán. Mivel egyre több új univerzum kaotikus megjelenésének végtelen és örök folyamatában, egyre több új törvény és állandóság mellett, egyszer (és többször is) meg kellett jelennie egynek, ahol az élet és az ok kialakulása lehetővé vált. Ez hatalmas tudományos győzelem lesz, de természetesen csak a fizika és a kozmológia keretein belül. Annak teljes kérdésére, hogy miért létezünk egyáltalán, természetesen biológiai magyarázatot kell kérnünk arról is, hogy az élet miként alakulhatna ki a "halott" anyagból, és hogyan alakulhat az érv megjelenése előtt.
A biológia még nem tudja egyértelműen megmagyarázni az élet megjelenését. Azonnal belemerül a "csirke és tojás" problémába. Az első DNS reprodukálásához fehérjékre van szükség, az első fehérjék előállításához pedig DNS-re.
Megpróbálják megkerülni ezt a nehézséget azzal, hogy posztulálják, hogy az első olyan RNA molekulák léptek fel, amelyek képesek voltak katalizálni a saját szaporodásukat. Ez a katalízis a különböző RNS-ek egész világának kialakulásához vezetett, amelyből a természetes szelekció kezdett kiválasztani az anyagot a további komplikációkhoz. Az ilyen autokatalízis meglétét azonban még nem igazolták be, és ami a legfontosabb: nem világos, miért kellett az összes legjobb RNS kiválasztása fehérjék (vagy DNS) megjelenéséhez. A modern biológia szintén nehézségekbe ütközik az élet további fejlődésének magyarázatában.
Ezt a folyamatot Darwin-féle elmélettel magyarázza, amelyben az evolúció lassú, fokozatos és folyamatos folyamatként mutatja be a gének véletlenszerű apróbb változásait (mutációit) és ezek kiválasztását, amelyek az organizmusok egészében ugyanolyan kicsi változásaiban megjelennek. Ilyen módon az elmélet azt állítja, hogy az első élő sejttől kezdve különféle sejtek fejlődtek ki, amelyek egy fa ágaként nőnek fel, majd még több organizmustípusra osztják őket, és így tovább, egészen addig a személyig, aki ezt az "életfát" koronázta.
Az utóbbi évtizedekben azonban sok új tény halmozódott fel, jelezve, hogy a valóságban ez a folyamat nem volt folyamatos. Inkább egy szakaszos evolúció volt, amelyben az új organizmusok szinte kész formájában történő gyors megjelenésének rövid periódusai helyett további finomhangolást és finomabb alfajokra történő fragmentálódást idéztek elő (Eldridge és Gould ezt a folyamatot pontozott evolúciónak nevezték).
Sok szerző már megpróbálta ezeket a módosításokat elvégezni Darwin elméletében, ám a közelmúltban megjelent az első általánosító és nagyon radikális hipotézis, amely „helyesbíti” Darwint Linde segítségével!
Ez a hipotézis a kiemelkedő modern biológusnak, Evgeny Kuninnek tartozik, a Bethesda (USA) Nemzeti Egészségügyi Intézetből. Teljes körűen leírta a "Véletlenség logikája" című legújabb könyvében, majd ezt megelőzően - két nagyon figyelemre méltó cikkben, amint látni fogod: "Az örök infláció kozmológiai modellje és a véletlenszerűségből az evolúcióba való átmenet az élet története" és a "A biológiai nagy modellje" című cikkben. robbanás az evolúció fő átmeneti pillanatain”. Az első cikkben Kunin így szól: „Az örök infláció modellje, szemben az egyetlen, egyedülálló univerzum hagyományos kozmológiai modelljével, azt feltételezi, hogy a kezdeti fizikai feltételek minden lehetséges halmaza véletlenszerűen felmerülhet és számtalanszor megismétlődik a multiverse különböző részeiben.
Ez a modell tehát rámutat annak a lehetőségére, hogy a legösszetettebb rendszerek végtelen száma véletlenszerűen jelenik meg a különféle ilyen rekeszekben, még akkor is, ha az ilyen komplexitás minden egyes előfordulásának valószínűsége minden különálló rekeszben rendkívül kicsi. A földi élet nem kivétel e szabály alól. Azért létezünk, mert a multiverse kamrában véletlenszerűen megjelenik a teljes molekulakészlet, amely mind a DNS szaporodását, mind a fehérjék építését elősegítette. Az örök infláció elmélete azt mondja, hogy egy örök és végtelenül önszaporodó multiverszben szükség volt egy ilyen baleset megjelenésére (mint minden más), így a darwini evolúcióhoz nincs szükség RNS-világra, és lényegében az antropikus elv elkerülhetetlen következménye.
A második cikk bevezetésében Kunin írja: „A biológiai evolúció minden fõ szakaszában megismétlik ugyanazt a forgatókönyvet, amely szerint a különbözõ komplexitású szintû különféle élõ formák hirtelen megjelennek. Ez történt az első élő molekulák (RNS és fehérjék), a vírusok legfontosabb csoportjai, a protozoák két osztálya (archaea és baktériumok), az eukariták szupercsaládjának (sejtmaggal rendelkező sejtek) és az összes állatcsalád megjelenésekor. Gondolhatjuk, hogy ezek a pontok az evolúciós fejlődés egyik, robbanásveszélyes szakaszáról a másikra, a fokozatos átmenet helyeire mutatnak. Az első, az inflációs szakasz nagyon gyorsan új lehetőségeket generál a genetikai információk cseréjéhez (horizontális génátadás, rekombináció, fúzió, megosztás stb.), Míg a második szakaszban az így kialakult új életformák fejlődni kezdnek és elágazódnak. Ez a folyamat emlékeztet egy új világegyetem születésére az örök kaotikus infláció elméletében, ahol a gyors terjeszkedés eredményeként (általában Big Bang-nak hívják) egy új multiverse rekesz születik, amely belső törvényeinek megfelelően tovább fejlődik. Ezért az élettörténetben a fentiekben vázolt fázistranszfereket "biológiai nagy frufru" -nak neveztem.
Mindkét cikk a bennük feltett hipotézisek részletes elemzésével és bizonyításával folytatódik, de az átmondásukhoz külön történetet kell igénybe venni, és csak remélhetjük, hogy a sors lehetővé teszi, hogy visszatérjünk ehhez. Egyelőre csak azt mondom: a modern tudomány szédítő gondolatai felfedik a mélység nélküli mélységeket, és a természet nyilvánvalóan nem hiába próbált annyira, hogy megteremtse önismeretének ezt az eszközt.
Raphael Nudelman