Gyvybė gali egzistuoti 2D visatoje (bet kokiu atveju pagal fiziką)

Kosminiu teleskopu užfiksuotas spalvingas visatos vaizdas NASA

Kodėl mes gyvename visatoje, kurioje yra trys erdvės ir laiko matmenys – 3+1, kaip pasakytų kosmologai? Kodėl gi ne koks nors kitas derinys, pavyzdžiui, keturios erdvės dimensijos arba dvi laiko dimensijos?

Pastaraisiais dešimtmečiais fizikai nagrinėjo šį klausimą tirdami kitų visatų savybes, siekdami išsiaiškinti, ar jose gali egzistuoti sudėtinga gyvybė. Jų išvada tokia, kad ji negali egzistuoti nei keturių dimensijų visatoje, nei vienoje, turinčioje daugiau nei vieną laiko dimensiją. Taigi tai, kad žmonija atsiduria 3+1 matmenų visatoje, yra neišvengiama, sako jie.

Tai žinoma kaip antropinis argumentas – mintis, kad visata turi turėti savybių, reikalingų stebėtojams išgyventi.

Bet kaip su paprastesnėmis visatomis, tokiomis kaip 2+1 matmenys? Fizikai padarė prielaidą, kad du erdviniai matmenys negali leisti tokiam sudėtingumui palaikyti gyvybės. Jie taip pat mano, kad gravitacija neveiktų dviem matmenimis, todėl negalėtų susidaryti saulės sistemos tipo objektai. Bet ar tai tikrai tiesa?

Šiandien mes sužinojome Jameso Scargillo iš Kalifornijos universiteto Deiviso darbo, kuris prieš visus lūkesčius įrodė, kad 2+1 matmenų visata gali palaikyti ir gravitaciją, ir tokį sudėtingumą, kurio reikia gyvenimui. Darbas griauna antropinį argumentą kosmologams ir filosofams, kuriems reikės rasti kitą priežastį, kodėl visata įgauna tokią formą, kokia ji yra.

Pirmiausia šiek tiek fono. Vienas iš didžiausių mokslinių galvosūkių yra tai, kodėl fizikos dėsniai atrodo tiksliai suderinti visam gyvenimui. Pavyzdžiui, smulkiosios struktūros konstantos skaitinė reikšmė atrodo savavališka (apie 1/137), tačiau įvairūs fizikai atkreipė dėmesį į tai, kad jei ji būtų nors kiek kitokia, atomai ir sudėtingesni objektai negalėtų susidaryti. Tokioje visatoje gyvenimas būtų neįmanomas.

Antropinis požiūris yra teigti, kad jei smulkiosios struktūros konstanta įgautų kokią nors kitą reikšmę, negalėtų būti stebėtojų, kurie ją išmatuotų. Štai kodėl ji turi tokią vertę, kurią išmatuojame!

Dešimtajame dešimtmetyje Maxas Tegmarkas, dabar MIT dirbantis fizikas, sukūrė panašų argumentą dėl visatos matmenų skaičiaus. Jis teigė, kad jei būtų daugiau nei viena laiko dimensija, fizikos dėsniams trūktų savybių, reikalingų stebėtojams prognozuoti. Atrodo, kad tai neabejotinai užkerta kelią fizikų egzistavimui ir galbūt pačiam gyvenimui.

Tada yra keturių erdvinių matmenų visatų savybės. Tokio tipo kosmose Niutono judėjimo dėsniai būtų labai jautrūs mažiems trikdžiams. Viena iš pasekmių yra ta, kad negalėtų susidaryti stabilios orbitos, todėl nebūtų saulės sistemų ar kitų panašių struktūrų. Erdvėje, kurioje yra daugiau nei trys matmenys, negali būti tradicinių atomų ir galbūt jokių stabilių struktūrų, sakė Tegmarkas.

Taigi gyvybės sąlygos atrodo mažai tikėtinos visatose, kurių matmenys yra didesni nei mūsų. Tačiau argumentas yra mažiau saugios visatos, turinčios mažiau matmenų.

Vienas argumentų yra tas, kad bendrasis reliatyvumas negali veikti dviem matmenimis, todėl negali būti gravitacijos.

Tačiau Jamesas Scargillas turi kitų pažiūrų. Šiandieniniame darbe jis parodo, kad daug paprastesnis, grynai skaliarinis, gravitacinis laukas būtų įmanomas dviem matmenimis, o tai leistų stabilias orbitas ir pagrįstą kosmologiją.

Tačiau jo įspūdingesnis rezultatas yra parodyti, kaip sudėtingumas gali atsirasti 2+1 dimensijose. Scargill šią problemą sprendžia neuroninių tinklų požiūriu. Jis nurodo, kad biologinių neuroninių tinklų sudėtingumą galima apibūdinti įvairiomis ypatingomis savybėmis, kurias turi sugebėti atkurti bet kuri 2D sistema.

Tai apima mažo pasaulio nuosavybę – ryšio modelį, leidžiantį pereiti sudėtingą tinklą keliais žingsniais. Kita smegenų tinklų savybė yra ta, kad jie veikia režimu, kuris yra subtiliai subalansuotas tarp perėjimo iš didelio aktyvumo į žemą režimą, vadinamą kritiškumu. Ir tai taip pat atrodo įmanoma tik tinkluose, kurie turi modulinę hierarchiją, kurioje maži potinkliai susijungia į didesnius tinklus.

Taigi Scargill užduoda klausimą, ar yra 2D tinklų, turinčių visas šias funkcijas – mažo pasaulio savybes, modulinę hierarchiją ir kritinį elgesį.

Iš pradžių tai atrodo mažai tikėtina, nes 2D grafikuose mazgai yra sujungti per kraštus, kurie kerta vienas kitą. Nepaisant to, Scargill rodo, kad 2D tinklus iš tiesų galima sukurti moduliniu būdu ir kad šie grafikai turi tam tikrų mažo pasaulio savybių.

Jis taip pat parodo, kad šie tinklai gali veikti perėjimo taške tarp dviejų elgesio tipų ir todėl parodyti kritiškumą. Jie yra maždaug „mažo pasaulio“, turi hierarchinę ir modulinę konstrukciją ir rodo [kritinį elgesį] tam tikriems stochastiniams procesams, sako jis.

Tai žavus rezultatas. Tai rodo, kad 2D tinklai gali palaikyti stebėtinai sudėtingą elgesį. Žinoma, tai nėra įrodymas, kad 2+1 visata galėtų palaikyti gyvybę. Iš tiesų, Scargillas pabrėžia, kad reikia daugiau dirbti, norint išsiaiškinti, ar jo aprašyti 2D tinklų tipai gali atlikti sudėtingą gyvų būtybių elgesį. Jis sako, kad reikia daugiau darbo, kad būtų galima palyginti čia pateiktus grafikus su realaus gyvenimo neuroniniais tinklais.

Tačiau tai meluoja teiginiams, kad 2+1 visata negalėjo palaikyti gyvybės. Kosmologai ir filosofai, propaguojantys antropinį principą, turės šiek tiek labiau pagalvoti.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1906.05336 : Ar gyvenimas gali egzistuoti 2 + 1 matmenimis?

paslėpti