Zakaj živimo v vesolju s tremi prostorskimi in eno časovnimi dimenzijami - 3 + 1, kot bi rekli kozmologi? Zakaj ravno ta kombinacija in ne 4 + 2 ali 2 + 1? V zadnjem desetletju so fiziki to vprašanje raziskovali že večkrat in razmišljali o drugih vesoljih z različnimi lastnostmi, da bi razumeli, ali lahko v njih obstaja zapleteno življenje ali ne. In neizogibno so prišli do zaključka, da ne more obstajati v vesolju s štirimi prostorskimi dimenzijami ali dvema časovnima. Tako bodo ljudje neizogibno končali (in končali) v vesolju 3 + 1.
To je antropičen argument: ideja, da mora imeti vesolje lastnosti, potrebne za preživetje opazovalcev.
Kako izgleda dvodimenzionalno vesolje?
Kaj pa enostavnejši vesolji, kot je 2 + 1? Fiziki so teoretirali, da dve dimenziji prostora morda ne zagotavljata dovolj zapletenosti, da bi podprli življenje. Verjamejo tudi, da gravitacija ne bo delovala v dveh dimenzijah, zato predmetov, kot je sončni sistem, ne more tvoriti. A je res tako?
James Scargill s kalifornijske univerze v Davisu je v nasprotju z vsemi pričakovanji pokazal, da lahko dvodimenzionalno vesolje podpira tako gravitacijo kot zapleteno življenje. Njegovo delo spodkopava antropičen argument za kozmologe in filozofe, ki bodo morali iskati še en razlog, zakaj vesolje dobi takšno obliko.
Najprej malo ozadja. Ena izmed velikih znanstvenih skrivnosti je, zakaj se zdi, da so zakoni fizike zaostreni (ali natančno nastavljeni) vse življenje. Na primer, številčna vrednost konstante fine strukture se zdi poljubna (približno 1/137), pa vendar so različni fiziki poudarili, da če atomi in bolj zapleteni predmeti ne bi bili oblikovani, bi se lahko pojavili. V takšnem vesolju bi bilo življenje nemogoče.
Antropični pristop je, da če bi stalnica fine strukture prevzela katero koli drugo vrednost, ne bi bilo opazovalcev, ki bi jih lahko merili. Zato ima vrednost, ki jo merimo!
Promocijski video:
V 90. letih je podoben argument za število dimenzij vesolja razvil Max Tegmark, zdaj fizik na Massachusetts Institute of Technology. Trdil je, da če obstaja več kot ena časovna dimenzija, zakoni fizike ne bi imeli lastnosti, ki bi jih morali napovedovati opazovalci. To bi vsekakor izključilo obstoj fizikov in morda tudi samo življenje.
Zdaj pa preidimo na lastnosti vesoljev s štirimi prostorskimi dimenzijami. V takšnem prostoru bi bili Newtonovi zakoni gibanja zelo občutljivi na drobne motnje. Posledica tega je, da se stabilne orbite ne bi mogle tvoriti, zato ne bi bilo sončnih sistemov ali drugih podobnih struktur. "V prostoru z več kot tremi dimenzijami ne more biti tradicionalnih atomov in morda stabilnih struktur," pravi Tegmark.
Tako se zdijo pogoji za življenje v vesoljih z več dimenzijami kot pri nas malo verjetni. A argument je, da so vesolji z manj dimenzijami manj varni.
Obstaja mnenje, da splošna teorija relativnosti ne deluje v dveh dimenzijah, zato gravitacija ne more obstajati.
Toda James Scargill razmišlja drugače. V svojem prispevku pokaže, da je v dveh dimenzijah možno veliko bolj preprosto, čisto skalarno gravitacijsko polje in to bi omogočilo stabilne orbite in inteligentno kozmologijo. Ostaja nam le še pokazati, kako lahko kompleksnost nastane v dimenzijah 2 + 1. Scargill k tej težavi pristopi v smislu nevronskih mrež. Poudarja, da je zapletenost bioloških nevronskih mrež mogoče zaznamovati z različnimi posebnimi lastnostmi, ki jih mora reproducirati kateri koli 2D sistem.
Med njimi je lastnost "majhnega sveta", komunikacijski model, ki vam omogoča, da v nekaj majhnih korakih prečkate kompleksno omrežje. Druga lastnost možganskih omrežij je, da delujejo v načinu, ki je med prehodom iz visoke aktivnosti v nizko aktivnost - način kritičnosti - občutljivo uravnotežen. Zdi se, da je to mogoče tudi samo v omrežjih z modularno hierarhijo, v katerih so majhna podomrežja združena v večja omrežja.
Scargill postavlja vprašanje, ali obstajajo 2D omrežja, ki imajo vse te lastnosti - majhne lastnosti sveta, modularno hierarhijo in kritično obnašanje.
To se sprva zdi malo verjetno, saj so v 2D grafih vozlišča povezana preko robov, ki se sekajo med seboj. Toda Scargill kaže, da je mogoče 2D mreže res zgraditi modularno in da imajo ti grafi določene lastnosti majhnega sveta.
Pokaže tudi, da lahko ta omrežja delujejo na prehodni točki med dvema vedenjima in tako izkazujejo kritičnost. In to je neverjeten rezultat, kar kaže na to, da lahko 2D omrežja resnično podpirajo presenetljivo kompleksno vedenje. To seveda ne dokazuje, da vesolje 2 + 1 dejansko lahko podpira življenje. Potrebno bo več dela, da se to zagotovo izvede.
