Nedavno odkritje gravitacijskih valov iz Velikega poka, ki je rodilo naše vesolje, je sprožilo valove v astrofizičnih in kozmoloških krogih. Nekateri so z navdušenjem pozdravili novo odkritje in trdili, da je končno dokazal resničnost inflacije (tako imenovana hitra širitev vesolja, ki jo je po velikem naletu postavila teorija).
Drugi so zahtevali previdnost in opozorili, da bi lahko bili zaznani valovi deloma posledica tudi drugih dejavnikov, razen inflacije. Nekateri so napovedali, da so ti rezultati končno pokopali skoraj vse alternativne teorije, predložene za razlago opazovanih lastnosti vesolja, drugi pa so opozorili pred pretirano naglico in najprej pozvali, naj "zanesljivo dokažejo" neskladnost možnih alternativ. Glede na to splošno vznemirjeno ozadje je bil še posebej zanimiv govor enega vodilnih sodobnih kozmologov Andreija Lindeja z univerze Stanford.
Pozdravil novo odkritje je dejal, da ne samo "odstranjuje 90 odstotkov vseh drugih modelov inflacije iz razprave", ampak se tudi "popolnoma ujema s teorijo kaotične inflacije", torej s teorijo, ki jo je Linde razvil pred približno 30 leti. Niso slučajno Lindejeve besede vzbudile posebno zanimanje vseh njegovih kolegov. Dejstvo je, da če bodo nadaljnji testi resnično potrdili resničnost kaotične inflacije, bo to pomenilo, da je kozmologiji končno uspelo rešiti boleče in temeljno vprašanje, na katero že več desetletij ne more dati zadovoljivega odgovora.
To vprašanje, kot boste zdaj videli, je temeljno tudi za nas, navadne radovedneže, saj v svoji najbolj primitivni obliki zveni tako: zakaj sploh obstajamo?
Naj zdaj razložim. Že sredi prejšnjega stoletja je bilo opaziti, da so osnovne fizikalne konstante (npr. Naboj elektronov, gravitacijska konstanta v zakonu univerzalne gravitacije in številne druge temeljne količine) izjemno natančno prilagojene, da bi lahko zagotovili, da bi življenje v vesolju lahko obstajalo v obliki, v kateri smo vemo.
Obstajajo številni drugi primeri tako fine prilagoditve zakonov narave potrebam antroposa, torej človeka. Recimo, da naše življenje temelji na ogljiku in ogljik, kot je pokazala študija procesov tvorbe kemičnih elementov, se ne bi mogel pojaviti v vesolju, če bi se ravni energije v atomih, ki so lažji od ogljika, elementi razlikovali celo za milijardo odstotkov tistega, kar je na res.
Še en primer, že iz geometrije vesolja: za nastanek in razvoj življenja so potrebni planeti, ki se vrtijo okoli svojih zvezd po zakonu gravitacije. In splošna teorija relativnosti kaže, da bi bila gravitacija v prostoru dveh dimenzij prešibka, da bi planete obdržali v bližini zvezd, v prostoru štirih ali več dimenzij pa gravitacija sploh ne more biti.
Za antropos ostane samo tisti prostor treh dimenzij, ki ga vidimo okoli nas. In takšnih primerov je zelo veliko. Tisti, ki me zanimajo, bom nakazal čudovito knjigo Barrowa in Tipplerja "Kozmološko antropsko načelo."
Promocijski video:
Kako si razložite tako subtilno prileganje? Leta 1973 je slavni astrofizik Brandon Carter na konferenci v Krakovu v čast 500-letnice rojstva Kopernika oblikoval možen odgovor na to vprašanje. Ta odgovor se imenuje "antropično načelo". Trdi, da v nasprotju s starim (kopernikanskim) prepričanjem, da se položaj Zemlje v vesolju ne razlikuje od vseh drugih možnih lokacij v vesolju, Carter pravi: "njen položaj, čeprav ni nujno osrednji, je še vedno nekoliko poseben. ".
Kaj je ta lastnost? Dejstvo, da so v celotnem okolju vesolja, ki nam je viden, zakoni in konstante narave natanko tisto, kar je potrebno za nastanek življenja in antropov kot njegove "krone".
Z drugimi besedami, pojavili smo se na tako posebnem (z našega vidika) mestu v vesolju, kjer bi se lahko samo pojavili. Če predpostavimo, da je v vesolju še veliko drugih kotičkov, ki jih ne vidimo, potem je povsem mogoče, da so zakoni in konstante narave tam drugačni, življenje in človek se tam nista mogla pojaviti, zato se nihče ne more vprašati, zakaj so zakoni narave okoli njega so takšni, da izključujejo njen pojav.
Tako se odgovor na naše temeljno vprašanje spušča na dejstvo, da obstajamo, saj so se po nekem neverjetno srečnem naključju v našem delu vesolja razvili ravno takšni zakoni in konstante narave, ki so se izkazali za idealno prilagojene možnosti našega pojava.
To obliko antropskega načela so pozneje imenovali šibko, ker je mogoče narediti močnejšo izjavo, ki ji rečemo močan antropski princip. Po tem načelu ni drugih delov ali krajev v vesolju - vse je in takoj nastalo takšno, da so njegovi zakoni in konstante povsod enaki in povsod natančno prilagojeni možnosti pojava življenja in razuma. To se sliši bolj logično kot izjava o "različnih krajih" vesolja z "različnimi zakoni" (zakaj bi nenadoma ?!). Toda v tej obliki antropski princip močno spominja na zgodbe o namernem (božanskem?) Ustvarjanju celotnega vesolja zaradi človeka, zato ga je večina znanstvenikov odločno zavrnila. Kljub temu pa je bilo očitno dejstvo, da je ta ustrezen, in ga je bilo treba pojasniti. Linde je bila ena redkih, ki se je resno trudila,torej s strogimi teoretičnimi izračuni preverite: ali bi res lahko obstajali takšni scenariji za nastanek vesolja, ki bi to razložili?
Naj vas spomnim, da se je prvotni scenarij velikega praska rodil skoraj takoj po tem, ko je Einstein ustvaril splošno teorijo relativnosti, ki je gravitacijo povezala z lastnostmi prostora in časa. Einstein je verjel, da je vesolje vedno v mirujočem stanju, gravitacija vseh njegovih teles med seboj pa je uravnovešena z nekakšnim razpočnim poljem (danes se imenuje polje temne energije).
Toda nekaj let pozneje je Hubble odkril, da se vesolje pravzaprav širi (vse galaksije se med seboj odmikajo) z določeno majhno, a opazno hitrostjo, kot da bi vse te galaksije nekoč dobile nekaj začetnega zagona in se še naprej gibljejo po inerciji (danes je znano, da polje temne energije to gibanje celo pospeši). Ta začetni impulz je bil poimenovan Big Bang (astrofizik Hoyle ga je pridno krstil Big Bang - "Big Clapperboard").
Teorija velikega poka je zelo dobro opisala rojstvo in razvoj vesolja. Trdila je, da je vesolje nastalo kot gruča izredno vroče in goste plazme, ki se je postopoma razširila (skupaj s svojim prostorom) in postopoma ohlajala.
Sprva njegove materije ni bilo mogoče razdeliti na materijo in energijo, toda ko se je ohlajala, so se začela pojavljati (ločena drug od drugega) silovita (energijska) polja - jedrska, šibka, elektromagnetna in skupaj z njimi so se začeli pojavljati ustrezni delci - kvarki, elektroni, nevtrini itd. In potem se je končno (teorija je pokazala, da se je približno 380 tisoč let po eksploziji) vesolje toliko ohladilo, da kvant energije ni razbil novorojenih atomov, nato pa je snov padla iz splošne plazme.
Med atomi je ostala praznina (vakuum), ki je bila napolnjena z elektromagnetnim sevanjem ogromne jakosti. Atomi so se začeli zlepljati v gruče materije (sčasoma so tvorile prve zvezde in galaksije), preostalo sevanje pa se je še naprej hladilo, torej iz zelo kratkih valovnih dolžin v vse bolj dolge valovne dolžine (oboje zaradi izgube energije pri trčenju s snovjo in kot posledica raztezanja valov iz za nadaljnjo širitev prostora) in do zdaj se je ohladilo na 3 stopinje Kelvina (njegova valovna dolžina je že nekaj milimetrov). Imenovali so ga preostalo ali reliktno kozmično sevanje.
Ta vitka in impresivna slika je bila briljantno potrjena, ko sta Penzias in Wilson odkrila ravno takšno sevanje s temperaturo 2,7 Kelvina in dosegla Zemljo z vseh strani neba, torej napolnila celotno vesolje. Toda skupaj s potrditvijo je prišlo še eno vprašanje, saj se je izkazalo, da je to sevanje enakomerno, torej da ima enako temperaturo v vseh smereh, torej v celotnem vesolju. Kako je lahko? Teorija pravi, da se je Veliki prašek zgodil pred 13,7 milijarde let. To pomeni, da je relikvijsko sevanje nastalo pred približno 13,3 milijarde let.
Najbolj oddaljene točke, s katerih lahko ta svetloba danes prihaja na Zemljo, so lahko oddaljene 13,3 svetlobnih let, kar pomeni, da je razdalja med dvema taksima točkama na nasprotnih straneh neba 26,6 milijarde svetlobnih let. Nobena energija se ne bi mogla premakniti z ene takšne točke na drugo, ker bi se za to treba premikati z dvakratno hitrostjo svetlobe, kar je nemogoče. Medtem so meritve Penzias in Wilson pokazale, da ti dve točki oddajata preostalo sevanje iste temperature, kar pomeni, da sta v toplotnem ravnovesju.
To nenavadno so poimenovali problem obzorja (ker sta obe zgornji točki na robu današnjega vesolja ali na obzorju). V poskusu reševanja tega problema je Alan Guth leta 1981 predstavil idejo o inflaciji (inflacijo prevajamo tudi kot "inflacija", "oteklina"), po kateri je bil začetni strdek plazme, ki je posledica velikega poka, majhen, zato bi lahko vsi njegovi deli izmenjujte energijo, pridite do iste temperature.
In potem se je v pošastno kratkem času (10 do minus 35. moč sekunde) zgodila kratka, a pošastno hitra inflacija vesolja, ki se je povečala do sedanjih navideznih razsežnosti (od 10 do 23. moči km). Ni vredno poskušati vizualizirati teh številk. Hitrost te inflacije je nepredstavljivo presegla svetlobno hitrost (ki pa ni kršila načela omejitve hitrosti svetlobe, ker ni bilo prenosa signala skozi vesolje, temveč širitve samega prostora).
In seveda v tem času vsi deli vesolja niso mogli spremeniti svojega stanja in so zato povsod ostali v stanju toplotnega ravnovesja med seboj.
Guthova inflacijska teorija je rešila več kot samo problem obzorja. Hkrati je razložila, zakaj se nam opazovano vesolje zdi v povprečju (torej na zelo velikih razdaljah) praktično homogeno in ravno (torej tisto, v katerem se izpolnjujejo zakoni evklidske geometrije in ne, recimo, zakoni Riemannove sferične geometrije ali Lobačevski-jeve hiperbolične geometrije).
Grobo rečeno, inflacija je "razgrnila" zvite "preproge" univerzalnega prostora in tako odstranila najmanjša odstopanja od ravnine ter postala evklidska in celotno vesolje - homogeno.
(Če smo strogi, zavoljo sebe je odkritje temne snovi, ki je v vesolju nekajkrat več kot običajno, za znanstvenike znova postavilo problem ravnosti in enotnosti, saj se je izkazalo, da se temna snov v vesolju razporeja drugače kot običajno, vidna. sprožile so nove, bolj zapletene inflatorne teorije, ki pa nimajo nič skupnega z zgodovino antropskega načela v kozmologiji.)
Kaj je bil glavni vzrok velikega poka in kasnejše inflacije? Po Guthovem mnenju se je vse začelo s kvantnimi nihanji vakuuma. Grobo rečeno, v kvantni fiziki vakuum ni praznina, temveč posebno stanje določenega polja, v katerem lahko pride do nihanj energije. Ena takih vibracij za kratek čas poveča energijo polja in takrat nastane nestabilno stanje, imenovano lažni vakuum.
Takšno stanje se zelo hitro razkroji, torej se vrne v normalno stanje, vendar pod določenimi pogoji košček prostora, v katerem se je pojavil lažni vakuum in nato razpadel, lahko energijo, ki se je nenadoma pojavila v njem, porabi za svoje srdito širjenje, z drugimi besedami, za inflacijo. Po Guthovem mnenju je ravno tak postopek povzročil vesolje, ki ga opazujemo, in se je zgodil na tako mikroskopskem, torej homogenem in ravnotežnem območju, da se je vesolje, ki je nastalo iz njega, tudi izkazalo, kot smo že rekli, homogeno in ravnotežje.
Še več, prvotno mesto je bilo tako majhno, da so bili zakoni fizike v njem povsod enaki - zato so v trenutno napihnjenem vesolju ostali povsod enaki. In to, da so se hkrati izkazali kot ugodni za nastanek življenja in razuma, je že čisto naključje. Odgovor v bistvu ponavlja močno antropsko načelo, ki mu daje stroge znanstvene temelje.
Ta sklep je bil za Linde nesprejemljiv in je poskušal posplošiti Guthovo teorijo. Zavrnil je svojo domnevo o mikroskopičnosti in zato o homogenosti začetnega območja, kjer se je pojavil lažni vakuum, in raziskoval (teoretično seveda), kaj bi se zgodilo, če upoštevamo dovolj veliko območje prostora, ki zagotovo ne bi moglo biti niti homogeno niti energetsko ravnovesje.
Izračuni so ga privedli do nenavadno zanimivih rezultatov. Izkazalo se je, da lahko v tem primeru pride do kvantnih nihanj lažnega vakuuma na različnih mestih tega območja v različnih obdobjih in z različno intenzivnostjo. Zaradi tega bodo nekatera mesta nabreknila z inflacijsko hitrostjo, druga pa se bodisi ne bodo razširila ali pa se nehala predčasno širiti. Ne bo nastalo niti eno vesolje, kot je v Guthovi teoriji, ampak cel kup vesoljev, ki so vsaka toliko velika kot edina Guth.
In ker se je ta grozd vesoljev (podobno kot vesolje, Linde imenoval multiverse, torej nekaj podobnega kot "multiverse"), rojen iz kaotičnega stanja vakuuma in v kaotični motnji, bo sam po sebi kaotičen, torej ni mogoče navesti nobenega posameznega trenutek rojstva, v vsakem njegovem oddelku (v vsakem ločenem vesolju) bodo zagotovo obstajali lastni zakoni prostora, časa in narave v strogem skladu s šibkim antropičnim načelom.
Nova teorija se imenuje kaotična inflacija. Linde ga je v svojem delu iz leta 1986 pokazal, da bi se v hitro rastočih oddelkih multiverzuma pojavila lastna kvantna nihanja vakuuma in drugih polj, kar bi moralo pripeljati do nenehne in neskončne inflacije takih krajev v teh predelkih, tako da bi se moral multiverse samodejno ponoviti v nedogled.
Ta proces nima začetka in konca, zato je Linde ta novi grandiozni scenarij poimenovala teorija večne kaotične inflacije. Ta neskončna inflacija bo tudi kaotična v smislu, da bi morali vsi novi predelki, ki nastajajo v različnih predelkih (so tudi vesolji) (so novi in novi vesolji), načeloma imeti različne geometrije (vključno z različnim številom dimenzij prostora), različnimi lastnostmi čas in različne vrste delcev in polj.
Možno je torej, da jih ima veliko, recimo, šest prostorskih dimenzij ali ne vsebuje nobenih delcev snovi in tako naprej, in tako naprej. (Seveda je tudi zelo verjetno, da bodo mnogi od njih - in njihovo število je neskončno - povsem primerni za nastanek življenja in razuma, čeprav vsak v svojem času ne nujno sovpada z drugimi.)
In zdaj Linde zatrjuje (in Guth se je že strinjal z njim), da novi podatki o gravitacijskih valovih najbolje sovpadajo s predvidevanji te njegove teorije.
Kot sem že dejal, bo znanost končno dobila odgovor, zakaj sploh obstajamo. Ker se v neskončnem in večnem procesu kaotičnega pojavljanja vedno več novih vesoljev z vedno več novimi zakoni in konstantami, se mora nekega dne (in večkrat) pojaviti takšno, kjer je postalo možno pojavljanje življenja in razuma. To bo velika znanstvena zmaga, a seveda le v okviru fizike in kozmologije. Za popoln odgovor na vprašanje, zakaj sploh obstajamo, je potrebna tudi biološka razlaga, kako bi lahko življenje nastalo iz "mrtve" materije in se razvijalo pred pojavom razuma.
Biologija še ne more nedvoumno razložiti nastanka življenja. Takoj naleti na problem "piščanca in jajca" tukaj. Beljakovine so potrebne za reprodukcijo prve DNK, DNK pa je potrebna za proizvodnjo prvih beljakovin.
Te težave poskušajo preobrniti s tem, da so postavili, da so se prve pojavile posebne molekule, RNA, ki so lahko katalizirale lastno razmnoževanje. Ta kataliza je povzročila nastanek celega sveta različnih RNK, iz katerega je naravna selekcija začela izbirati material za nadaljnje zaplete. Toda obstoj takšne avtokatalize še ni popolnoma dokazan, in kar je najpomembneje, ni jasno, zakaj bi izbor vseh najboljših RNK moral privesti do pojava beljakovin (ali DNK). Tudi sodobna biologija ima težave pri razlaganju nadaljnjega razvoja življenja.
Ta proces razlaga z Darwinovo teorijo, v kateri je evolucija predstavljena kot počasen, postopen in neprekinjen proces kopičenja in izbiranja naključnih majhnih sprememb (mutacij) v genih, ki nato najdejo izraz v enako majhnih spremembah v organizmih kot celoti. Tako teorija trdi, da so se od prve žive celice začele razvijati različne vrste celic, ki so rasle kot veje drevesa, nato pa se razdelile na še številčnejše vrste organizmov in tako naprej do osebe, ki je kronala to "drevo življenja."
Vendar se je v zadnjih desetletjih nabralo veliko novih dejstev, kar kaže na to, da v resnici ta postopek ni bil nepretrgan. Namesto tega je šlo za vmesno evolucijo, v kateri so kratka obdobja hitrega pojavljanja novih organizmov v skoraj končani obliki nadomestila dolga obdobja njihove nadaljnje natančne nastavitve in natančnejše razdrobljenosti na podvrste (Eldridge in Gould sta ta proces poimenovala s pikčasto evolucijo).
Številni avtorji so že poskušali prilagoditi Darwinovo teorijo, toda pred kratkim se je pojavila prva posplošujoča in zelo radikalna hipoteza, ki Darwina popravlja s Linde!
Ta hipoteza pripada izjemnemu sodobnemu biologu Evgenyju Kuninu z Nacionalnega inštituta za zdravje v Bethesdi (ZDA). Popolnoma ga je opisal v svoji nedavni knjigi "Logika naključnosti", pred tem pa - v dveh člankih z zelo izjemnimi, kot boste zdaj videli, naslovi: "Kozmološki model večne inflacije in prehod iz naključnosti v evolucijo v zgodovini življenja" in "Model biološkega velikega" eksplozija za glavne prehodne trenutke evolucije”. V prvem članku Kunin pravi nekaj takega: "Model večne inflacije v nasprotju s tradicionalnim kozmološkim modelom enotnega, edinstvenega vesolja nakazuje, da se lahko vsi možni sklopi začetnih fizičnih razmer naključno pojavijo in neštetokrat ponovijo v različnih oddelkih multiverzuma.
Ta model torej opozarja tudi na možnost neskončnega števila najzahtevnejših sistemov, ki se naključno pojavljajo v različnih takih predelkih, četudi je verjetnost vsakega posameznega pojava takšne zapletenosti v vsakem ločenem predelu izjemno majhna. Življenje na Zemlji od tega pravila ni izjema. Obstajamo, ker se je v našem predelu multiverza po naključju naenkrat pojavil celoten nabor molekul, ki so zagotavljali tako razmnoževanje DNK kot tudi gradnjo beljakovin. Teorija večne inflacije pravi, da je bil v večnem in neskončno samoumevnem multiverzumu pojav takšne nesreče (kot katera koli druga) nujen, tako da darvinski razvoj ne potrebuje nobenega sveta RNK in je v bistvu neizogibna posledica antropskega načela.
Kunin v uvodu k drugemu članku piše: "Na vseh glavnih stopnjah biološke evolucije se ponavlja isti scenarij nenadnega pojavljanja različnih živih oblik nove stopnje zapletenosti. Tako je bilo pri pojavu prvih živih molekul (RNA in beljakovin), najpomembnejših skupin virusov, dveh razredov protozojev (arheje in bakterije), ustanoviteljev superdružine eukaritov (celice z jedrom) in vseh družin živali. Mogoče bi si lahko mislili, da so vse te točke mesta prehoda iz ene, eksplozivne, faze evolucijskega razvoja v drugo, postopno. Prva, inflacijska, faza zelo hitro ustvari ogromno novih priložnosti za izmenjavo genetskih informacij (horizontalni prenos genov, rekombinacija, fuzija, delitev itd.), V drugi fazi pa se začnejo razvijati in vejati nove oblike življenja, ki so se pojavile na ta način. Ta postopek spominja na rojstvo novega vesolja v teoriji večne kaotične inflacije, kjer se zaradi hitrega razmaha (ki ga običajno imenujemo Veliki prašek) rodi nov predel multiverzuma, ki se začne razvijati po svojih notranjih zakonih. Zato sem fazne prehode, opisane zgoraj v življenjski zgodovini, poimenoval "Biološki veliki udarci."
Oba članka nadaljujeta s podrobno analizo in dokazovanjem postavljenih hipotez, vendar njihovo ponovno pripovedovanje zahteva ločeno zgodbo in lahko le upamo, da nam bo usoda omogočila, da se vrnemo k temu. Za zdaj bom rekel le: vrtoglave ideje sodobne znanosti odpirajo globine brez dna, narava pa menda ni zaman toliko poskušala in ustvarila ta instrument svojega samospoznanja.
Raphael Nudelman