Miks me elame universumis, millel on kolm ruumilist ja ühe ajamõõdet - 3 + 1, nagu kosmoloogid ütleksid? Miks just see kombinatsioon, mitte 4 + 2 või 2 + 1? Viimase kümnendi jooksul on füüsikud seda küsimust mitu korda uurinud, kaaludes teisi erinevate omadustega universumeid, et mõista, kas neis võib eksisteerida keeruline elu või mitte. Ja nad jõudsid paratamatult järeldusele, et see ei saa eksisteerida universumis, millel on neli või kaks ajalist ruumilist mõõdet. Nii satuvad inimesed paratamatult (ja lõpuks) 3 + 1 universumisse.
See on antropiline argument: idee, et universumil peavad olema vaatlejate ellujäämiseks vajalikud omadused.
Kuidas näeb välja kahemõõtmeline universum?
Aga kuidas on lood lihtsamate universumitega nagu 2 + 1? Füüsikud arvasid, et ruumi kaks mõõdet ei pruugi elu toetamiseks pakkuda piisavalt keerukust. Samuti usuvad nad, et gravitatsioon ei tööta kahemõõtmeliselt, nii et sellised objektid nagu päikesesüsteem ei saa moodustuda. Aga kas see on tõesti nii?
James Scargill California Davise ülikoolist näitas vastupidiselt kõigile ootustele, et 2 + 1-mõõtmeline universum võib toetada nii gravitatsiooni kui ka keerulist elu. Tema töö õõnestab antropoloogilisi argumente kosmoloogide ja filosoofide jaoks, kes peavad otsima veel ühe põhjuse, miks universum võtab selle kuju.
Esiteks väike taust. Üks suuri teaduslikke saladusi on põhjus, miks füüsikaseadused näivad olevat eluks ajaks teravnenud (või peenhäälestatud). Näiteks tundub peene struktuuriga konstandi arvuline väärtus meelevaldne (umbes 1/137) ja ometi on erinevad füüsikud juhtinud tähelepanu sellele, et kui see oleks isegi pisut erinev, poleks aatomid ja keerukamad objektid võinud moodustuda. Sellises universumis oleks elu võimatu.
Antropiline lähenemisviis on see, et kui peene struktuuriga konstant võtaks mõne muu väärtuse, poleks vaatlejaid, kes seda mõõta saaksid. Seetõttu on sellel väärtus, mida me mõõdame!
Reklaamvideo:
1990ndatel töötas Massachusettsi tehnoloogiainstituudi füüsik Max Tegmark välja sarnase argumendi universumi mõõtmete arvu kohta. Ta väitis, et kui ajamõõdet oleks rohkem kui üks, ei oleks füüsikaseadustel omadusi, mida vaatlejad peavad ennustama. See välistaks kindlasti füüsikute olemasolu ja võib-olla ka elu ise.
Liigume nüüd edasi nelja ruumilise mõõtmega universumite omaduste juurde. Sellises ruumis oleksid Newtoni liikumisseadused pisikeste häiringute suhtes väga tundlikud. Selle üks tagajärg on see, et stabiilsed orbiidid ei saa moodustuda, seega poleks päikesesüsteeme ega muid sarnaseid struktuure. "Rohkem kui kolme mõõtmega ruumis ei saa olla traditsioonilisi aatomeid ja võib-olla ka stabiilseid struktuure," ütleb Tegmark.
Seega näivad elutingimused ebatõenäolised universumites, kus on rohkem dimensioone kui meie. Kuid argument on see, et vähem mõõtmetega universumid on vähem turvalised.
On olemas arvamus, et üldine relatiivsusteooria ei tööta kahes dimensioonis, seetõttu ei saa olla gravitatsiooni.
Kuid James Scargill arvab teisiti. Oma töös näitab ta, et palju lihtsam, puhtalt skalaarne gravitatsiooniväli on võimalik kahes mõõtmes ning see võimaldaks stabiilseid orbiite ja intelligentset kosmoloogiat. Jääb vaid näidata, kuidas keerukus võib tekkida 2 + 1 mõõtmes. Scargill läheneb sellele probleemile närvivõrkude osas. Ta juhib tähelepanu sellele, et bioloogiliste närvivõrkude keerukust saab iseloomustada mitmesuguste eriomadustega, mida iga 2D-süsteem peab reprodutseerima.
Nende hulgas on "väikese maailma" omadus, kommunikatsioonimudel, mis võimaldab teil keeruka võrgu läbi käia mõne väikese sammuga. Ajuvõrkude teine omadus on see, et nad töötavad režiimis, mis on delikaatselt tasakaalustatud ülemineku vahel kõrgelt aktiivsemalt madalale aktiivsusele - kriitilisuse režiimile. See näib olevat võimalik ka ainult modulaarse hierarhiaga võrkudes, kus väikesed alamvõrgud ühendatakse suuremateks võrkudeks.
Scargilli esitatud küsimus on, kas leidub 2D-võrke, millel on kõik need omadused - väikesed maailmaomadused, modulaarne hierarhia ja kriitiline käitumine.
Alguses tundub see ebatõenäoline, kuna 2D graafikutes on sõlmed ühendatud üksteisega ristuvate servade kaudu. Kuid Scargill näitab, et 2D-võrke saab tõepoolest moodulina üles ehitada ja et neil graafikutel on teatavad väikese maailma omadused.
Samuti näitab ta, et need võrgud võivad töötada kahe käitumise vahelise ülemineku hetkel, näidates sellega kriitilisust. Ja see on hämmastav tulemus, mis viitab sellele, et 2D-võrgud saavad tõepoolest üllatavalt keerulist käitumist toetada. Muidugi ei tõesta see, et 2 + 1 universum võib tegelikult elu toetada. Kindel teadasaamine võtab veel rohkem tööd.
