Prečo žijeme vo vesmíre s tromi priestorovými a jednorazovými rozmermi - 3 + 1, ako by povedali kozmológovia? Prečo práve táto kombinácia, a nie 4 + 2 alebo 2 + 1? Počas posledného desaťročia fyzici túto otázku mnohokrát preskúmali a uvažovali o iných vesmíroch s rôznymi vlastnosťami, aby pochopili, či v nich môže alebo nemusí existovať komplexný život. A nevyhnutne dospeli k záveru, že nemôže existovať vo vesmíre so štyrmi priestorovými rozmermi alebo dvoma časovými rozmermi. Ľudia teda nevyhnutne skončia (a skončí) vo vesmíre 3 + 1.
Toto je antropický argument: myšlienka, že vesmír musí mať vlastnosti potrebné na prežitie pozorovateľov.
Ako vyzerá dvojrozmerný vesmír?
Ale čo jednoduchšie vesmíry ako 2 + 1? Fyzici sa domnievali, že tieto dva rozmery priestoru nemusia byť dostatočne komplexné na podporu života. Veria tiež, že gravitácia nebude fungovať v dvoch dimenziách, takže sa nemôžu vytvárať také objekty, ako je slnečná sústava. Ale je to naozaj tak?
James Scargill z Kalifornskej univerzity v Davise, na rozdiel od všetkých očakávaní, ukázal, že dvojrozmerný vesmír môže podporovať gravitáciu aj komplexný život. Jeho práca podkopáva antropický argument pre kozmológov a filozofov, ktorí budú musieť hľadať ďalší dôvod, prečo má vesmír svoju podobu.
Najprv trochu pozadia. Jednou z veľkých vedeckých záhad je to, že zákony fyziky sa zdajú byť na celý život zaostrené (alebo doladené). Napríklad numerická hodnota konštanty jemnej štruktúry sa zdá byť ľubovoľná (približne 1/137), a napriek tomu rôzni fyzici zdôraznili, že ak by boli dokonca mierne odlišné, nemohli by sa tvoriť atómy a komplexnejšie objekty. V takom vesmíre by život nebol možný.
Antropickým prístupom je, že ak by konštanta jemnej štruktúry nadobudla akúkoľvek inú hodnotu, neboli by pozorovatelia, ktorí by ju mohli zmerať. Preto má hodnotu, ktorú merame!
Propagačné video:
V 90. rokoch 20. storočia Max Tegmark, fyzik z Massachusetts Institute of Technology, vyvinul podobný argument pre počet dimenzií vesmíru. Tvrdil, že ak by existoval viac ako jeden časový rozmer, fyzikálne zákony by nemali vlastnosti, ktoré pozorovatelia musia predvídať. To by určite vylúčilo existenciu fyzikov a možno aj samotný život.
Teraz prejdime k vlastnostiam vesmíru so štyrmi priestorovými rozmermi. V takomto priestore by Newtonove zákony o pohybe boli veľmi citlivé na malé poruchy. Jedným z dôsledkov toho je, že sa nemohli tvoriť stabilné dráhy, takže by neexistovali žiadne solárne systémy alebo iné podobné štruktúry. „V priestore s viac ako tromi rozmermi nemôžu existovať žiadne tradičné atómy a prípadne stabilné štruktúry,“hovorí Tegmark.
Podmienky života sa teda javia ako nepravdepodobné vo vesmíroch s väčšími rozmermi ako sú naše. Argumentuje však, že vesmíry s menšími rozmermi sú menej bezpečné.
Existuje názor, že všeobecná teória relativity nefunguje v dvoch dimenziách, preto nemôže existovať gravitácia.
James Scargill však myslí inak. Vo svojom článku ukazuje, že v dvoch rozmeroch je možné dosiahnuť omnoho jednoduchšie, čisto skalárne gravitačné pole, čo by umožnilo stabilné obežné dráhy a inteligentnú kozmológiu. Zostáva len ukázať, ako môže dôjsť k zložitosti v rozmeroch 2 + 1. Scargill pristupuje k tomuto problému z hľadiska neurónových sietí. Poukazuje na to, že zložitosť biologických neurónových sietí môže byť charakterizovaná rôznymi špeciálnymi vlastnosťami, ktoré musí akýkoľvek 2D systém reprodukovať.
Medzi nimi je vlastnosť „malého sveta“, komunikačný model, ktorý vám umožňuje prechádzať zložitou sieťou v niekoľkých malých krokoch. Ďalšou vlastnosťou mozgových sietí je to, že fungujú v režime, ktorý je jemne vyvážený medzi prechodom z vysokej aktivity na nízku aktivitu - režim kritickosti. Zdá sa, že je to možné iba v sieťach s modulárnou hierarchiou, v ktorých sa malé podsiete kombinujú do väčších sietí.
Otázka, ktorú Scargill kladie, je, či existujú nejaké 2D siete, ktoré majú všetky tieto vlastnosti - vlastnosti malého sveta, modulárna hierarchia a kritické správanie.
Najprv sa to zdá nepravdepodobné, pretože v 2D grafoch sú uzly spojené hranami, ktoré sa vzájomne prelínajú. Ale Scargill ukazuje, že 2D siete môžu byť skutočne vybudované modulárnym spôsobom a že tieto grafy majú určité vlastnosti v malom svete.
Ukazuje tiež, že tieto siete môžu fungovať v prechodnom bode medzi dvoma správaním, čím demonštrujú kritickosť. A to je úžasný výsledok, ktorý naznačuje, že 2D siete môžu skutočne podporovať prekvapivo komplexné správanie. To samozrejme nedokazuje, že vesmír 2 + 1 môže skutočne podporovať život. Bude si to vyžadovať viac práce, aby sa to zistilo.