Έρευνα

Οι φυσικοί πιστεύουν ότι η ζωή μπορεί να υπάρχει σε έναν 2D κόσμο

Γιατί ζούμε σε ένα σύμπαν με τρίαχωρική και μία φορά - 3 +1, όπως λένε οι κοσμολόγοι; Γιατί ακριβώς αυτός ο συνδυασμός, και όχι 4 + 2 ή 2 + 1; Την περασμένη δεκαετία, οι φυσικοί έχουν διερευνήσει αυτή την ερώτηση πολλές φορές, συλλάβοντας άλλα σύμπαντα με διαφορετικές ιδιότητες, προκειμένου να καταλάβουν εάν μπορεί να υπάρχει μια δύσκολη ζωή σε αυτά ή όχι. Και αναπόφευκτα κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι δεν θα μπορούσε να υπάρξει στο σύμπαν με τέσσερις χωρικές διαστάσεις ή με δύο χρονικές διαστάσεις. Έτσι οι άνθρωποι αναπόφευκτα θα καταλήξουν (και θα καταλήξουν) στο σύμπαν με διαστάσεις 3 +1.

Αυτό είναι το ανθρωπολογικό επιχείρημα: η ιδέα ότι το σύμπαν πρέπει να έχει τις ιδιότητες που είναι απαραίτητες για την επιβίωση των παρατηρητών.

Τι μοιάζει με ένα δισδιάστατο σύμπαν;

Αλλά τι γίνεται με τα απλούστερα σύμπαντα,για παράδειγμα, 2 + 1? Οι φυσικοί έχουν προτείνει ότι δύο χωρικές διαστάσεις δεν μπορούν να παρέχουν αρκετή πολυπλοκότητα για τη διατήρηση της ζωής. Πιστεύουν επίσης ότι η βαρύτητα δεν θα λειτουργήσει σε δύο διαστάσεις, έτσι αντικείμενα όπως το ηλιακό σύστημα δεν θα είναι σε θέση να διαμορφώσουν. Αλλά είναι πραγματικά;

James Scargill του Πανεπιστημίου της ΚαλιφόρνιαςΟ Davis, αντίθετα με όλες τις προσδοκίες, έδειξε ότι ένα σύμπαν 2 + 1-διαστάσεων θα μπορούσε να υποστηρίξει τόσο τη βαρύτητα όσο και τη σύνθετη ζωή. Το έργο του υπονομεύει το ανθρωπολογικό επιχείρημα για κοσμολόγους και φιλοσόφους, οι οποίοι θα πρέπει να βρουν έναν άλλο λόγο για τον οποίο το Σύμπαν παίρνει τη μορφή που χρειάζεται.

Πρώτον, ένα μικρό υπόβαθρο. Ένα από τα σπουδαία επιστημονικά μυστήρια είναι ο λόγος που οι νόμοι της φυσικής φαίνονται πιο ακονισμένοι (ή τελειοποιημένοι) στη ζωή. Για παράδειγμα, η αριθμητική τιμή της σταθεράς της ωμής δομής φαίνεται αυθαίρετη (περίπου 1/137), και όμως διάφοροι φυσικοί έχουν δείξει ότι αν ήταν ακόμη ελαφρώς διαφορετικοί, δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν άτομα και πιο σύνθετα αντικείμενα. Σε ένα τέτοιο σύμπαν, η ζωή θα ήταν αδύνατη.

Η ανθρωπολογική προσέγγιση είναι ότι ανη λεπτή δομή της δομής πήρε κάποια άλλη αξία · δεν θα υπήρχαν παρατηρητές που θα μπορούσαν να το μετρήσουν. Γι 'αυτό έχει μια αξία που μετράμε!

Στη δεκαετία του 1990, ο Max Tegmark, τώρα φυσικόςΤο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης ανέπτυξε ένα παρόμοιο επιχείρημα για τον αριθμό των διαστάσεων του σύμπαντος. Υποστήριξε ότι εάν υπήρχαν περισσότερες από μία χρονικές διαστάσεις, οι νόμοι της φυσικής δεν θα είχαν τις ιδιότητες που είναι απαραίτητες για να προβλέψουν οι παρατηρητές. Αυτό σίγουρα θα απέκλειε την ύπαρξη των φυσικών και, ενδεχομένως, της ίδιας της ζωής.

Στρέφουμε τώρα στις ιδιότητες των συμπαντων με τέσσεραχωρικές διαστάσεις. Σε ένα τέτοιο κόσμο, οι νόμοι κίνησης του Νεύτωνα θα ήταν πολύ ευαίσθητοι σε μικροσκοπικές διαταραχές. Μια συνέπεια αυτού είναι ότι δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν σταθερές τροχιές, έτσι δεν θα υπήρχαν ηλιακά συστήματα ή άλλες παρόμοιες δομές. "Σε ένα χώρο με περισσότερες από τρεις διαστάσεις, δεν μπορεί να υπάρξουν παραδοσιακά άτομα και πιθανώς σταθερές δομές", λέει η Tegmark.

Έτσι, οι συνθήκες για τη ζωή φαίνονταιαπίθανο σε σύμπαντα με περισσότερες διαστάσεις από τις δικές μας. Αλλά το επιχείρημα είναι ότι τα σύμπαντα με λιγότερες διαστάσεις είναι λιγότερο ασφαλή.

Υπάρχει μια άποψη ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας δεν λειτουργεί σε δύο διαστάσεις, επομένως η βαρύτητα δεν μπορεί να είναι.

Αλλά ο James Scargill σκέφτεται διαφορετικά. Στο άρθρο του δείχνει ότι ένα πολύ απλούστερο, καθαρότατο βαρυτικό πεδίο μπορεί να είναι εφικτό σε δύο διαστάσεις και αυτό θα επέτρεπε την επίτευξη σταθερών τροχιών και λογικής κοσμολογίας. Απομένει να δείξουμε πόσο πολυπλοκότητα μπορεί να προκύψει στις μετρήσεις των 2 + 1. Η Scargill προσεγγίζει αυτό το πρόβλημα από την άποψη των νευρωνικών δικτύων. Επισημαίνει ότι η πολυπλοκότητα των βιολογικών νευρωνικών δικτύων μπορεί να χαρακτηριστεί από διάφορες ειδικές ιδιότητες που κάθε σύστημα 2D πρέπει να αναπαράγει.

Μεταξύ αυτών, η ιδιοκτησία του μοντέλου "μικρού κόσμου"σύνδεση, η οποία σας επιτρέπει να παρακάμψετε ένα σύνθετο δίκτυο σε αρκετά μικρά βήματα. Μια άλλη ιδιότητα των δικτύων εγκεφάλου είναι ότι λειτουργούν σε μια κατάσταση που είναι τελείως ισορροπημένη μεταξύ της μετάβασης από την υψηλή δραστηριότητα στη χαμηλή δραστηριότητα - την κρίσιμη λειτουργία. Αυτό φαίνεται επίσης εφικτό μόνο σε δίκτυα με αρθρωτή ιεραρχία, στα οποία μικρά υποδίκτυα συγχωνεύονται σε μεγαλύτερα δίκτυα.

Το ερώτημα που ζητά ο Scargill είναι εάν υπάρχουν δίκτυα 2D που έχουν όλες αυτές τις λειτουργίες - τις ιδιότητες του μικρού κόσμου, τη δομοστοιχειωτή ιεραρχία και την κριτική συμπεριφορά.

Στην αρχή φαίνεται απίθανο επειδήΟι κόμβοι 2D-γραφημάτων συνδέονται μέσω ακμών που τέμνονται μεταξύ τους. Αλλά Scargill δείχνει ότι τα δίκτυα 2D μπορούν πράγματι να χτιστούν σε μια αρθρωτή αρχή και ότι αυτά τα γραφήματα έχουν ορισμένες ιδιότητες ενός μικρού κόσμου.

Δείχνει επίσης ότι αυτά τα δίκτυα μπορούν να λειτουργήσουνστο σημείο μετάβασης μεταξύ των δύο τύπων συμπεριφοράς, αποδεικνύοντας έτσι την κρισιμότητα. Και αυτό είναι ένα καταπληκτικό αποτέλεσμα, το οποίο υποδηλώνει ότι τα δίκτυα 2D μπορούν πράγματι να υποστηρίξουν εκπληκτικά πολύπλοκη συμπεριφορά. Φυσικά, αυτό δεν αποδεικνύει ότι το σύμπαν 2 + 1 μπορεί πραγματικά να στηρίξει τη ζωή. Θα χρειαστεί περισσότερη δουλειά για να το καταλάβω αυτό σίγουρα.

Αλλά τώρα οι κοσμολόγοι και οι φιλόσοφοι έχουν νέα τρόφιμα για σκέψη. Συμφωνείτε; Πείτε μας στο chat μας στο Telegram.