kutatás

A fizikusok úgy vélik, hogy az élet létezhet egy 2D világban

Miért élünk egy univerzumban, ahol három vantérbeli és egykori dimenzió - 3 +1, ahogy azt kozmológusok mondanák? Miért pontosan ez a kombináció, és nem 4 + 2 vagy 2 + 1? Az elmúlt évtizedben a fizikusok sokszor tanulmányozták ezt a kérdést, és más univerzumokat vettek fel különböző tulajdonságokkal, hogy megértsék, hogy lehet-e nehéz életük, vagy sem. És elkerülhetetlenül arra a következtetésre jutottak, hogy nem létezhet az univerzumban négy térbeli dimenzióval vagy két időbeli dimenzióval. Tehát az emberek elkerülhetetlenül (és végül) az univerzumban lesznek, 3 +1 méretekkel.

Ez az antropikus érv: az a gondolat, hogy az univerzumnak rendelkeznie kell a megfigyelők túléléséhez szükséges tulajdonságokkal.

Mit néz ki a kétdimenziós univerzum?

De mi van az egyszerűbb univerzumokkal,például 2 + 1? A fizikusok azt sugallták, hogy két térbeli dimenzió nem tud elegendő komplexitást biztosítani az élet fenntartásához. Azt is hiszik, hogy a gravitáció nem fog két dimenzióban működni, így az olyan objektumok, mint a naprendszer, nem tudnak kialakulni. De tényleg?

James Scargill a kaliforniai egyetemenDavis, ellentétben minden várakozással, megmutatta, hogy a 2 + 1-dimenziós univerzum mind a gravitációt, mind az összetett életet támogathatja. Munkája aláássa az antropikus érveket a kozmológusok és a filozófusok számára, akiknek még egy okot kell találniuk arra, hogy az univerzum milyen formát ölt.

Először is, egy kis háttér. Az egyik nagy tudományos misztérium az, amiért a fizika törvényei élesednek (vagy finomhangoltaknak) az élethez. Például a finom struktúra konstans számértéke tetszőlegesnek tűnik (kb. 1/137), de a különböző fizikusok jelezték, hogy ha még kissé más is lenne, az atomok és összetettebb tárgyak nem képezhetők. Egy ilyen univerzumban az élet lehetetlen lenne.

Az antropikus megközelítés az, hogy haa finomszerkezet állandóan más értéket vett fel, nincsenek megfigyelők, akik meg tudnák mérni. Ezért van olyan értéke, amit mérünk!

Az 1990-es években Max Tegmark, most fizikusA Massachusettsi Technológiai Intézet hasonló érveket alakított ki az univerzum dimenzióinak számával kapcsolatban. Azzal érvelt, hogy ha több időbeli dimenzió van, a fizika törvényei nem rendelkeznének a megfigyelők számára szükséges tulajdonságokkal. Ez minden bizonnyal kizárná a fizikusok és esetleg az élet létezését.

Most négy világgal fordulunk az univerzum tulajdonságaihoztérbeli dimenziók. Egy ilyen kozmoszban Newton mozgási törvényei nagyon érzékenyek lennének a kis zavarokra. Ennek egyik következménye, hogy a stabil pályák nem alakultak ki, így nem lenne naprendszer vagy más hasonló struktúra. „Több mint három dimenziójú térben nem lehet hagyományos atomok és esetleg stabil struktúrák” - mondja Tegmark.

Így úgy tűnik az életfeltételekaz univerzumokban, amelyek több dimenzióval rendelkeznek, mint a miénk. Az érv azonban az, hogy a kevesebb dimenziójú univerzumok kevésbé biztonságosak.

Véleménye szerint a relativitás általános elmélete nem két dimenzióban működik, ezért a gravitáció nem lehet.

De James Scargill másképp gondolkodik. Cikkében megmutatja, hogy egy sokkal egyszerűbb, pusztán skaláris gravitációs mező lehetséges két dimenzióban, és ez lehetővé teszi a stabil pályák megszerzését és egy ésszerű kozmológiát. Csak azt mutatja be, hogy a 2 + 1 mérések során milyen összetettség merülhet fel. A Scargill megközelíti ezt a problémát a neurális hálózatok szempontjából. Rámutat arra, hogy a biológiai neurális hálózatok összetettségét különféle különleges tulajdonságok jellemzik, amelyeket bármely 2D rendszer reprodukál.

Ezek közül a "kis világ", a modell tulajdonságakapcsolat, amely lehetővé teszi egy komplex hálózat megkerülését több kis lépésben. Az agyhálózatok másik tulajdonsága, hogy olyan üzemmódban működnek, amely finom egyensúlyban van a nagy aktivitásról az alacsony aktivitásra való átmenet között - a kritikus módban. Ez csak a moduláris hierarchiával rendelkező hálózatokban lehetséges, ahol a kis alhálózatok nagyobb hálózatokba egyesülnek.

A kérdés, hogy a Scargill megkérdezi, vajon vannak-e olyan 2D hálózatok, amelyek rendelkeznek mindezekkel a funkciókkal - a kis világ tulajdonságai, a moduláris hierarchia és a kritikus viselkedés.

Eleinte nem valószínű, mertA 2D-grafikonok csomópontjai egymással metsző éleken keresztül kapcsolódnak. De Scargill azt mutatja, hogy a 2D hálózatok valóban moduláris elvre épülhetnek, és ezeknek a grafikonoknak egy kis világának bizonyos tulajdonságai vannak.

Azt is mutatja, hogy ezek a hálózatok működhetneka két viselkedési típus közötti átmenet helyén, ezáltal bizonyítva a kritikusságot. És ez egy fantasztikus eredmény, ami arra utal, hogy a 2D hálózatok valóban támogatják a meglepően összetett viselkedést. Természetesen ez nem bizonyítja, hogy a 2 + 1 univerzum valóban támogatja az életet. Többet kell megtennie, hogy biztosan kitaláljuk ezt.

De most a kozmológusoknak és a filozófusoknak új gondolatuk van. Egyetért? Mondja el velünk a Telegramban.