Kāpēc mēs dzīvojam Visumā ar trim telpiskām un vienas laika dimensijām - 3 + 1, kā teiktu kosmologi? Kāpēc tieši šī kombinācija, nevis 4 + 2 vai 2 + 1? Pēdējo desmit gadu laikā fiziķi ir daudzkārt izpētījuši šo jautājumu, pārdomājot citus Visumus ar atšķirīgām īpašībām, lai saprastu, vai tajos varētu pastāvēt sarežģīta dzīve. Un viņi neizbēgami nonāca pie secinājuma, ka tas nevarētu pastāvēt Visumā ar četrām telpiskām vai divām laika dimensijām. Tātad cilvēki neizbēgami nonāks (un nonāks) 3 + 1 Visumā.
Šis ir antropiskais arguments: ideja, ka Visumam ir jābūt īpašībām, kas vajadzīgas novērotāju izdzīvošanai.
Kā izskatās divdimensiju Visums?
Bet kā ir ar vienkāršākiem universāliem, piemēram, 2 + 1? Fiziķi teorēja, ka kosmosa divas dimensijas var nesniegt pietiekami daudz sarežģītības dzīvības uzturēšanai. Viņi arī uzskata, ka gravitācija nedarbosies divās dimensijās, tāpēc tādi objekti kā Saules sistēma nevar veidoties. Bet vai tas tiešām tā ir?
Džeimss Skargils no Kalifornijas Deivisa universitātes, pretēji visām cerībām, parādīja, ka 2 + 1 dimensiju Visums var atbalstīt gan smagumu, gan sarežģītu dzīvi. Viņa darbs grauj antropiskos argumentus kosmologiem un filozofiem, kuriem būs jāmeklē cits iemesls, kāpēc Visums iegūst tādu formu.
Pirmkārt, nedaudz fona. Viens no lielajiem zinātniskajiem noslēpumiem ir iemesls, kāpēc šķiet, ka fizikas likumi ir asināti (vai precīzi pielāgoti) visu mūžu. Piemēram, smalkās struktūras konstantes skaitliskā vērtība šķiet patvaļīga (apmēram 1/137), un tomēr dažādi fiziķi ir norādījuši, ka, ja tā būtu pat nedaudz atšķirīga, atomi un sarežģītāki objekti nevarētu veidoties. Šādā visumā dzīve nebūtu iespējama.
Antropoloģiskā pieeja ir tāda, ka, ja smalkās struktūras konstante iegūtu kādu citu vērtību, nebūtu novērotāju, kas to varētu izmērīt. Tāpēc tam ir vērtība, kuru mēs izmērām!
Reklāmas video:
Deviņdesmitajos gados Makss Tegmarks, tagad Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta fiziķis, izstrādāja līdzīgu argumentu Visuma dimensiju skaitam. Viņš apgalvoja, ka, ja būtu vairāk nekā viena laika dimensija, fizikas likumiem nebūtu tādu īpašību, kuras novērotājiem ir jāparedz. Tas noteikti izslēdz fiziķu un, iespējams, pašas dzīvības esamību.
Tagad pāriesim pie Visumu ar četrām telpiskajām dimensijām īpašībām. Šādā telpā Ņūtona kustības likumi būtu ļoti jutīgi pret sīkiem traucējumiem. Viena no šīm sekām ir tā, ka nevarēja veidoties stabilas orbītas, tāpēc nebūs saules sistēmas vai citas līdzīgas struktūras. "Telpā, kurā ir vairāk nekā trīs dimensijas, nevar būt tradicionālie atomi un, iespējams, stabilas struktūras," saka Tegmarks.
Tādējādi šķiet, ka dzīves apstākļi universos, kuriem ir vairāk dimensiju nekā mūsu, ir maz ticami. Bet arguments ir tāds, ka Visumi ar mazākām dimensijām ir mazāk droši.
Pastāv viedoklis, ka vispārējā relativitātes teorija nedarbojas divās dimensijās, tāpēc gravitācija nevar pastāvēt.
Bet Džeimss Scargill domā savādāk. Savā rakstā viņš parāda, ka daudz vienkāršāks, tīri skalārs gravitācijas lauks var būt iespējams divās dimensijās, un tas ļautu izveidot stabilas orbītas un saprātīgu kosmoloģiju. Atliek tikai parādīt, kā sarežģītība var rasties 2 + 1 dimensijās. Scargill pievēršas šai problēmai neironu tīklu izteiksmē. Viņš norāda, ka bioloģisko neironu tīklu sarežģītību var raksturot ar dažādām īpašām īpašībām, kuras jebkurai 2D sistēmai ir jāatveido.
Starp tiem ir īpašums "mazā pasaule", komunikācijas modelis, kas dažās mazās darbībās ļauj iziet sarežģītu tīklu. Vēl viena smadzeņu tīklu īpašība ir tā, ka tie darbojas režīmā, kas ir smalki līdzsvarots starp pāreju no augstas aktivitātes uz zemas aktivitātes - kritiskuma režīmu. Šķiet, ka tas ir iespējams tikai tīklos ar modulāru hierarhiju, kurā mazie apakštīkli tiek apvienoti lielākos tīklos.
Scargill uzdotais jautājums ir par to, vai ir kādi 2D tīkli, kuriem ir visas šīs funkcijas - nelieli pasaules rekvizīti, modulāra hierarhija un kritiska uzvedība.
Sākumā tas šķiet maz ticams, jo 2D diagrammās mezgli ir savienoti caur malām, kas krustojas viena ar otru. Bet Scargill parāda, ka 2D tīklus patiešām var veidot modulāri un ka šiem grafikiem ir noteiktas mazās pasaules īpašības.
Viņš arī parāda, ka šie tīkli var darboties pārejas posmā starp diviem uzvedības veidiem, tādējādi demonstrējot kritiskumu. Un tas ir pārsteidzošs rezultāts, kas liek domāt, ka 2D tīkli patiešām var atbalstīt pārsteidzoši sarežģītu uzvedību. Protams, tas nepierāda, ka 2 + 1 Visums patiesībā var atbalstīt dzīvību. Lai to pārliecinātos, būs nepieciešams vairāk darba.
