Nedávny objav gravitačných vĺn od Veľkého tresku, ktorý spôsobil vznik nášho vesmíru, vyvolal vlny v astrofyzikských a kozmologických kruhoch. Niektorí s nadšením privítali nový objav, tvrdiac, že to konečne dokázalo realitu inflácie (tzv. Rýchle rozšírenie vesmíru predpokladané teóriou po Veľkom tresku).
Iní vyzvali na opatrnosť a poukázali na to, že zistené vlny mohli byť čiastočne spôsobené inými faktormi, než je samotná inflácia. Niektorí oznámili, že tieto výsledky nakoniec pochovali takmer všetky alternatívne teórie predložené na vysvetlenie pozorovaných vlastností vesmíru, iní varovali pred nadmerným spechom a vyzývajú najprv, aby „spoľahlivo dokázali“nekonzistentnosť možných alternatív. Na tomto všeobecnom nepokojnom pozadí bola obzvlášť zaujímavá reč jedného z popredných moderných kozmológov Andreja Lindeho zo Stanfordskej univerzity.
Uvítal nový objav a uviedol, že nielen „odstraňuje 90% všetkých ostatných inflačných modelov z diskusie“, ale tiež „dokonale zapadá do teórie chaotickej inflácie“, teda do teórie, ktorú sám Linde vyvinul asi pred 30 rokmi. To, že Lindeho slová vzbudili mimoriadny záujem všetkých jeho kolegov, nebolo náhodou. Faktom je, že ak ďalšie testy skutočne potvrdia realitu chaotickej inflácie, bude to znamenať, že kozmológii sa konečne podarilo vyriešiť bolestivú a zásadnú otázku, na ktorú už mnoho desaťročí nedokázala dať uspokojivú odpoveď.
Ako teraz uvidíte, táto otázka je pre nás, obyčajných zvedavých ľudí, zásadná, pretože vo svojej najprimitívnejšej podobe to znie takto: prečo vôbec vôbec existuje?
Dovoľte mi to vysvetliť teraz. Už v polovici minulého storočia sa zistilo, že základné fyzikálne konštanty (napríklad elektrónový náboj, gravitačná konštanta v zákone univerzálnej gravitácie a množstvo ďalších základných veličín) sú mimoriadne presne upravené, aby sa zabezpečilo, že život vo vesmíre môže existovať vo forme, v ktorej vieme.
Existuje mnoho ďalších príkladov takého jemného prispôsobenia prírodných zákonov potrebám anthroposu, teda osobe. Povedzme, že náš život je založený na uhlíku a uhlík, ako ukázala štúdia procesov tvorby chemických prvkov, by sa vo vesmíre nemohol objaviť, ak by sa hladiny energie v atómoch ľahších ako uhlík, prvkov líšili dokonca o miliónty toho, čo je na naozaj.
Ďalší príklad, už z geometrie vesmíru: na vznik a vývoj života sú potrebné planéty, ktoré sa otáčajú okolo svojich hviezd podľa gravitačného zákona. A všeobecná teória relativity ukazuje, že v priestore dvoch rozmerov by gravitácia bola príliš slabá na to, aby udržala planéty v blízkosti hviezd, av priestore štyroch alebo viacerých dimenzií nemôže existovať gravitácia.
Pre anthropos zostáva iba ten priestor troch rozmerov, ktorý vidíme okolo nás. A takýchto príkladov je veľa. Tí, ktorí ma zaujímajú, budem odkazovať na úžasnú knihu Barrowa a Tipplera „Kozmologický antropický princíp“.
Propagačné video:
Ako vysvetlíte tento jemný strih? Už v roku 1973, slávny astrofyzik Brandon Carter, ktorý vystúpil na krakovskej konferencii na počesť 500. výročia narodenia Copernicusa, sformuloval možnú odpoveď na túto otázku. Táto odpoveď sa nazýva „antropický princíp“. Tvrdí, že na rozdiel od starej (koperníckej) viery, že umiestnenie Zeme vo vesmíre sa nelíši od všetkých ostatných možných umiestnení vo vesmíre, Carter hovorí: „jej poloha, aj keď nie nevyhnutne centrálna, je stále trochu špeciálna..
Čo je táto funkcia? Skutočnosť, že v celej okolitej časti vesmíru, ktorá je pre nás viditeľná, sú zákony a konštanty prírody presne to, čo je potrebné na vznik života a anthropos ako jeho „koruny“.
Inými slovami, objavili sme sa na takom zvláštnom (z nášho pohľadu) mieste vo vesmíre, kde sme sa mohli objaviť iba my. Ak predpokladáme, že vo vesmíre existuje mnoho ďalších zákoutí, ktoré nevidíme, potom je celkom možné, že zákony a konštanty prírody sú odlišné, život a človek sa tam nemohli objaviť, a preto sa nikto nemôže čudovať, prečo sú okolo neho prírodné zákony. sú také, že vylučujú jeho výskyt.
Odpoveď na našu základnú otázku sa teda scvrkáva na skutočnosť, že my existujeme, pretože vďaka nejakej neuveriteľne šťastnej zhode v našej časti vesmíru sa vyvinuli presne také zákony a konštanty prírody, ktoré sa ukázali ako ideálne prispôsobené možnosti nášho vzhľadu.
Táto formulácia antropického princípu sa neskôr nazývala slabá, pretože je možné urobiť silnejšie vyhlásenie, ktoré sa nazýva silný antropický princíp. Podľa tohto princípu neexistujú žiadne ďalšie časti alebo miesta vo vesmíre - všetko a okamžite vzniklo také, že jeho zákony a konštanty sú rovnaké všade a všade presne upravené na možnosť vzhľadu života a rozumu. Znie to logickejšie ako výrok o „rôznych miestach“vesmíru s „odlišnými zákonmi“(prečo by to náhle?!). Ale v tejto podobe antropický princíp silne pripomína príbehy o úmyselnom (božskom?) Stvorení celého vesmíru kvôli človeku, a preto ho väčšina vedcov rozhodne odmietla prijať. Skutočnosť, že pokuta je v poriadku, bola zrejmá a bolo potrebné ju vysvetliť. Linde bola jednou z mála, ktorá sa pokúšala vážne,to je, pomocou prísnych teoretických výpočtov, kontrola: mohli by skutočne existovať také scenáre zrodenia vesmíru, ktoré by to vysvetlili?
Dovoľte mi pripomenúť, že pôvodný scenár Veľkého tresku sa zrodil takmer okamžite potom, čo Einstein vytvoril všeobecnú teóriu relativity, ktorá spájala gravitáciu s vlastnosťami priestoru a času. Einstein veril, že vesmír je vždy v stacionárnom stave a gravitácia všetkých jeho telies k sebe je vyvážená určitým druhom praskajúceho poľa (dnes sa nazýva poľom temnej energie).
Po niekoľkých rokoch však Hubbleov objavil, že vesmír sa vlastne rozširuje (všetky galaxie sa pohybujú od seba) s malou, ale viditeľnou rýchlosťou, akoby všetky tieto galaxie kedysi dostali nejaký počiatočný impulz a naďalej sa pohybujú zotrvačnosťou (dnes je známe, že pole temnej energie tento pohyb ešte urýchľuje). Tento počiatočný impulz bol pomenovaný Veľký tresk (astrofyzik Hoyle ho krstne pokrstil ako Veľký tresk - „Veľký klapka“).
Teória Veľkého tresku veľmi dobre opísala vznik a vývoj vesmíru. Tvrdila, že vesmír vznikol ako hrudka veľmi horúcej a hustej plazmy, ktorá sa postupne rozširovala (spolu so svojím priestorom) a postupne ochladzovala.
Spočiatku nemohla byť jej hmota rozdelená na hmotu a energiu, ale ako sa ochladzovalo, začali sa objavovať sily (energetické) polia (oddelené od seba) - nukleárne, slabé, elektromagnetické a spolu s nimi sa začali objavovať častice zodpovedajúce im - kvarky, elektróny, neutrína atď. A nakoniec (teória naznačila, že asi 380 000 rokov po výbuchu) sa vesmír ochladil natoľko, že množstvo energie nerozbilo novonarodené atómy a potom látka vypadla zo všeobecnej plazmy.
Medzi atómami zostala medzera (vákuum), ktorá bola naplnená elektromagnetickým žiarením enormnej intenzity. Atómy sa začali spájať do zhlukov hmoty (nakoniec tvoriť prvé hviezdy a galaxie) a zvyškové žiarenie pokračovalo v ochladzovaní, to znamená, že z veľmi krátkych vlnových dĺžok sa stávali stále dlhšími vlnovými dĺžkami (jednak kvôli strate energie pri zrážkach s hmotou, jednak v dôsledku napínania vĺn z pre pokračujúce rozširovanie priestoru) a do dnešného dňa ochladil na 3 stupne Kelvina (jeho vlnová dĺžka je už niekoľko milimetrov). Nazývalo sa to zvyškové alebo reliktné kozmické žiarenie.
Tento štíhly a pôsobivý obraz bol skvele potvrdený, keď Penzias a Wilson objavili práve také žiarenie s teplotou 2,7 kelvinov a dosiahli Zem zo všetkých strán oblohy, to znamená, že vyplnili celý vesmír. Ale spolu s potvrdením prišla ďalšia otázka, pretože sa ukázalo, že toto žiarenie je jednotné, to znamená, že má rovnakú teplotu vo všetkých smeroch, to znamená v celom vesmíre. Ako je to možné? Teória hovorí, že Veľký tresk sa stal pred 13,7 miliardami rokov. To znamená, že reliktné žiarenie sa vytvorilo asi pred 13,3 miliardami rokov.
Najdlhšie body, z ktorých toto svetlo môže dnes prísť na Zem, môžu byť vzdialené 13,3 svetelných rokov, čo znamená, že vzdialenosť medzi dvoma takýmito bodmi na opačných stranách oblohy je 26,6 miliárd svetelných rokov. Žiadna energia sa nemohla pohnúť z jedného takého bodu do druhého, pretože na to by sa musela pohnúť dvojnásobnou rýchlosťou svetla, čo je nemožné. Merania Penzia a Wilsona medzitým ukázali, že tieto dva body emitujú zvyškové žiarenie rovnakej teploty, čo znamená, že sú v stave tepelnej rovnováhy.
Táto zvláštnosť sa nazýva problém s horizontom (pretože oba vyššie uvedené body sú na okraji alebo na horizonte dnešného vesmíru). V snahe vyriešiť tento problém Alan Guth v roku 1981 predložil myšlienku inflácie (inflácia sa tiež prekladá ako „inflácia“, „opuch“), podľa ktorej bola počiatočná plazmatická zrazenina spôsobená Veľkým treskom malá, a preto všetky jej súčasti mohli byť výmena energie, dosiahnutie rovnakej teploty.
A potom, v príšerne krátkom čase (10 až 35 mínus 35 sekúnd) došlo k krátkej, ale príšerne rýchlej inflácii vesmíru, ktorá sa zväčšila na svoju súčasnú zdanlivú veľkosť (10 až 23. mocnosť km). Nemá zmysel si tieto čísla vizualizovať. Miera tejto inflácie nepredstaviteľne prekročila rýchlosť svetla (ktorá však neporušila princíp limitu rýchlosti svetla, pretože nedošlo k prenosu signálu cez priestor, ale k rozšíreniu samotného priestoru).
A samozrejme, počas tejto doby nemohli všetky časti vesmíru zmeniť svoj stav, a preto zostali všade v stave tepelnej rovnováhy.
Guthova inflačná teória riešila viac ako len horizontálny problém. Zároveň vysvetlila, prečo sa nám pozorovaný vesmír zdá byť v priemere (tj na veľmi veľké vzdialenosti) prakticky homogénny a plochý (tj taký, v ktorom sú splnené zákony euklidovskej geometrie, a nie napríklad zákony Riemannovej sférickej geometrie alebo Lobachevského hyperbolickej geometrie).
Zhruba povedané, inflácia „vyvalila“zvinutý „koberec“vesmírneho priestoru, odstránila najmenšie odchýlky od roviny a urobila z neho euklidovskú a samotný vesmír - homogénna.
(Aby som bol prísny, v dnešnej dobe objav temnej hmoty, ktorá je vo vesmíre niekoľkokrát viac ako obvykle, pre vedcov znovu vyvolala problém plochosti a uniformity, pretože sa ukázalo, že temná hmota je v priestore distribuovaná inak, ako je obvyklé, viditeľné. dali vznik nových, komplexnejších inflačných teórií, ale nemajú nič spoločné s históriou antropického princípu v kozmológii.)
Aká bola hlavná príčina Veľkého tresku a následná inflácia? Podľa Gutha to všetko začalo kvantovými výkyvmi vákua. Zhruba povedané, v kvantovej fyzike nie je vákuum prázdnota, ale špeciálny stav určitého poľa, v ktorom sa môžu vyskytnúť fluktuácie energie. Jedna takáto vibrácia na krátku dobu zvyšuje energiu poľa a potom vzniká nestabilný stav nazývaný falošné vákuum.
Takýto stav sa rozpadá veľmi rýchlo, to znamená, že sa vracia do normálu, ale za určitých podmienok môže priestor, v ktorom vzniklo falošné vákuum a potom sa rozpadnúť, využívať energiu, ktorá sa v ňom náhle objavila, na jeho horúčkovité rozšírenie, inými slovami, na infláciu. Podľa Gutha to bol presne taký proces, ktorý dal vznik vesmíru, ktorý pozorujeme, a uskutočnil sa v takej mikroskopickej, a teda homogénnej a rovnovážnej oblasti, že vesmír, ktorý z neho vznikol, sa tiež ukázal, ako sme už povedali, homogénny a rovnovážny.
Navyše pôvodné miesto bolo také malé, že fyzikálne zákony v ňom boli všade rovnaké - takže v okamžite nafúknutom vesmíre zostali všade rovnaké. A skutočnosť, že sa súčasne ukázalo byť priaznivými pre vznik života a rozumu, je už čisto nehoda. Odpoveď v podstate opakuje silný antropický princíp, ktorý jej dáva prísny vedecký základ.
Tento záver bol pre Linde neprijateľný a snažil sa zovšeobecniť Guthovu teóriu. Odmietol svoj predpoklad mikroskopie, a teda homogenitu pôvodnej oblasti, kde sa objavil falošný vákuum, a skúmal (samozrejme teoreticky), čo by sa stalo, ak by sme zvážili dostatočne veľkú plochu priestoru, ktorá určite nemôže byť ani homogénna, ani energeticky vyvážená.
Výpočty ho priviedli k nezvyčajne zaujímavým výsledkom. Ukázalo sa, že v tomto prípade sa môžu na rôznych miestach tejto oblasti vyskytnúť kvantové výkyvy falošného vákua v rôznych časoch as rôznou intenzitou. Z tohto dôvodu budú niektoré miesta narastať inflačnou mierou, zatiaľ čo iné sa nebudú vôbec rozširovať alebo sa skoro nebudú rozširovať. Nebude vznikať jediný vesmír, ako je to v Guthovej teórii, ale celá skupina vesmírov, každý taký veľký ako jediný Guth.
A keďže táto skupina vesmíru (podobná vesmíru, Linde ju nazývala multiverse, to znamená niečo ako „multiverse“), sa zrodila z chaotického stavu vákua a v chaotickej poruche, bude sama o sebe chaotická, to znamená, že nie je možné označiť ktorúkoľvek jedinú v okamihu narodenia sa v každom jeho kompartmente (v každom samostatnom vesmíre) určite nachádzajú vlastné zákony priestoru, času a prírody v prísnom súlade so slabým antropickým princípom.
Nová teória sa nazýva chaotická inflácia. Pri jeho rozvoji Linde vo svojej práci z roku 1986 ukázala, že v rýchlo sa rozvíjajúcich kompartmentoch multivesmíru by mali vzniknúť ich vlastné kvantové fluktuácie vákua a iných polí, čo by malo viesť k nepretržitej a nekonečnej inflácii takýchto miest v týchto kompartmentoch, takže multiverse by sa mali samočinne replikovať.
Tento proces nemá začiatok ani koniec, a preto Linde nazvala tento nový grandiózny scenár teóriou večnej chaotickej inflácie. Táto nekonečná inflácia bude tiež chaotická v tom zmysle, že všetky nové kompartmenty (sú to nové a nové vesmíry) vznikajúce v rôznych kompartmentoch (sú tiež vesmírmi), v zásade by mali mať rôzne geometrie (vrátane odlišného počtu rozmerov priestoru), rôzne vlastnosti čas a rôzne typy častíc a polí.
Je teda možné, že veľa z nich má, povedzme, šesť priestorových rozmerov alebo neobsahuje žiadne častice hmoty, atď. (Samozrejme je tiež celkom pravdepodobné, že mnoho z nich - a ich počet je nekonečný - bude celkom vhodný na vznik života a mysle, hoci každý vo svojom vlastnom čase, nemusí sa nevyhnutne zhodovať s ostatnými.)
A teraz Linde tvrdí (a Guth už s ním vyjadril súhlas), že nové údaje o gravitačných vlnách sa najlepšie zhodujú s jeho predikciami tejto teórie.
Ako som už povedal, ak sa jeho slová konečne potvrdia, veda konečne dostane odpoveď na otázku, prečo vôbec existujú. Pretože v nekonečnom a večnom procese chaotického objavovania stále viac a viac nových vesmírov s stále viac a viac novými zákonmi a konštantami sa musel jedného dňa (a viackrát) objaviť ten, v ktorom sa mohol objaviť život a rozum. Bude to obrovské vedecké víťazstvo, ale samozrejme iba v rámci fyziky a kozmológie. Úplná odpoveď na otázku, prečo vôbec existuje, si samozrejme vyžaduje aj biologické vysvetlenie toho, ako môže život vzniknúť z „mŕtvych“vecí a ako sa vyvíja pred objavením rozumu.
Biológia zatiaľ nemôže jednoznačne vysvetliť vznik života. Okamžite tu narazila na problém „kurča a vajce“. Proteíny sú potrebné na reprodukciu prvej DNA a DNA na produkciu prvých proteínov.
Snažia sa obísť tento problém tým, že predpokladajú, že sa objavili prvé špeciálne molekuly, RNA, ktoré dokázali katalyzovať svoju vlastnú reprodukciu. Táto katalýza viedla k vzniku celého sveta rôznych RNA, z ktorých prirodzený výber začal vyberať materiál na ďalšie komplikácie. Existencia takejto autokatalýzy však ešte nebola úplne dokázaná a čo je najdôležitejšie, nie je jasné, prečo by výber všetkých najlepších RNA mal viesť k objaveniu sa proteínov (alebo DNA). Moderná biológia má tiež ťažkosti pri vysvetľovaní ďalšieho rozvoja života.
Vysvetľuje tento proces pomocou Darwinovej teórie, v ktorej je evolúcia prezentovaná ako pomalý, postupný a kontinuálny proces akumulácie a výberu náhodných malých zmien (mutácií) v génoch, ktorý potom nachádza expresiu v rovnako malých zmenách v organizmoch ako celku. Týmto spôsobom teória tvrdí, že z prvej živej bunky sa začali vyvíjať rôzne typy buniek, ktoré rástli ako vetvy stromu, potom sa rozdelili na ešte početnejšie typy organizmov, a tak ďalej až na osobu, ktorá korunovala tento „strom života“.
V posledných desaťročiach sa však nazhromaždilo veľa nových skutočností, čo naznačuje, že v skutočnosti tento proces nebol kontinuálny. Skôr to bol prerušovaný vývoj, v ktorom boli krátke obdobia rýchleho objavenia nových organizmov v takmer hotovej forme nahradené dlhými obdobiami ich ďalšieho jemného ladenia a jemnejšej fragmentácie na poddruhy (Eldridge a Gould nazval tento proces bodkovanú evolúciu).
Mnoho autorov sa už pokúsilo vykonať tieto úpravy Darwinovej teórie, ale nedávno sa objavila prvá zovšeobecňujúca a veľmi radikálna hypotéza, ktorá „opravuje“Darwina pomocou Linde!
Táto hypotéza patrí k vynikajúcemu modernému biologovi Evgeny Kuninovi z National Institute of Health v Bethesde (USA). Úplne ho opísal vo svojej nedávnej knihe „Logika náhodnosti“a predtým - v dvoch článkoch s veľmi pozoruhodnými, ako uvidíte teraz, názvami: „Kozmologický model večnej inflácie a prechod od náhodnosti k vývoju v dejinách života“a „Model biologického veľkého“explózia pre hlavné prechodné momenty vývoja. “V prvom článku Kunin hovorí niečo také: „Model večnej inflácie, na rozdiel od tradičného kozmologického modelu jediného jedinečného vesmíru, predpokladá, že všetky možné súbory počiatočných fyzikálnych podmienok môžu náhodne vzniknúť a opakovať nespočetné časy v rôznych častiach multiverse.
Tento model preto poukazuje aj na možnosť nekonečného počtu najzložitejších systémov objavujúcich sa náhodne v rôznych takýchto kompartmentoch, aj keď pravdepodobnosť každého jednotlivého výskytu takejto komplexnosti v každej samostatnej kompartmente je extrémne malá. Život na Zemi nie je výnimkou z tohto pravidla. Existujeme preto, že v našom kompartmente multivesmíru sa náhodou objavila celá skupina molekúl, ktoré pomocou reprodukcie umožňovali reprodukciu DNA aj tvorbu proteínov. Teória večnej inflácie hovorí, že vo večnom a nekonečne sa mnohonásobnom mnohonárodnom meradle bolo potrebné objaviť takúto nehodu (ako ktorákoľvek iná), takže darwinovská evolúcia nevyžaduje žiadny svet RNA a je v podstate nevyhnutným dôsledkom antropického princípu.
V úvode druhého článku Kunin píše: „Vo všetkých hlavných fázach biologickej evolúcie sa opakuje ten istý scenár náhleho objavenia sa rôznych živých foriem novej úrovne zložitosti. To bol prípad výskytu prvých živých molekúl (RNA a proteínov), najdôležitejších skupín vírusov, dvoch tried protozoov (archaea a baktérií), zakladateľov superrodiny eukaritov (bunky s jadrom) a všetkých rodín zvierat. Jeden by si mohol myslieť, že všetky tieto body sú miestom prechodu z jednej, výbušnej fázy vývojovej fázy do druhej, postupnej. Prvá, inflačná fáza veľmi rýchlo vytvára obrovské množstvo nových príležitostí na výmenu genetických informácií (horizontálny prenos génov, rekombinácia, fúzia, delenie atď.), Zatiaľ čo v druhej fáze sa začínajú vyvíjať a vetviť nové formy života, ktoré vznikli týmto spôsobom. Tento proces pripomína vznik nového vesmíru v teórii večnej chaotickej inflácie, kde sa v dôsledku rýchleho rozširovania (zvyčajne nazývaného Veľký tresk) rodí nový oddiel multivesmíru, ktorý sa ďalej začína rozvíjať podľa svojich vnútorných zákonov. Preto som nazval fázové prechody načrtnuté vyššie v životnej histórii „Biologické veľké tresky“.
Oba články pokračujú podrobnou analýzou a dôkazom hypotéz, ktoré sú v nich uvedené, ale ich prepísanie si vyžaduje osobitný príbeh a môžeme len dúfať, že osud nám k tomu umožní návrat. Nateraz len poviem: závratné myšlienky modernej vedy odhaľujú hĺbku dna a príroda, zdá sa, že sa to zbytočne nevyskúšala, čím vytvára tento nástroj svojho sebapoznania.
Raphael Nudelman