Dopracowany wszechświat - Fine-tuned universe

Charakterystyka wszechświata jako precyzyjnie dostrojonego sugeruje, że występowanie życia we wszechświecie jest bardzo wrażliwe na wartości pewnych podstawowych stałych fizycznych i że obserwowane wartości są z jakiegoś powodu nieprawdopodobne. Gdyby wartości któregokolwiek z pewnych parametrów swobodnych we współczesnych teoriach fizycznych tylko nieznacznie różniły się od obserwowanych, ewolucja Wszechświata przebiegałaby zupełnie inaczej, a życie w takim rozumieniu mogłoby nie być możliwe.

Historia

W 1913 roku chemik Lawrence Joseph Henderson napisał The Fitness of the Environment, jedną z pierwszych książek poświęconych precyzyjnemu dostrajaniu we wszechświecie. Henderson omawia znaczenie wody i środowiska dla organizmów żywych, wskazując, że życie zależy wyłącznie od bardzo specyficznych warunków środowiskowych na Ziemi, zwłaszcza od występowania i właściwości wody.

W 1961 roku fizyk Robert H. Dicke twierdził, że pewne siły w fizyce, takie jak grawitacja i elektromagnetyzm , muszą być doskonale dostrojone, aby życie istniało we wszechświecie. Fred Hoyle również argumentował za dostrojonym wszechświatem w swojej książce z 1984 roku Inteligentny wszechświat . „Lista właściwości antropicznych, pozornych wypadków o charakterze niebiologicznym, bez których nie mogłoby istnieć życie oparte na węglu, a więc i ludzkie życie, jest długa i imponująca” – napisał Hoyle.

Wiara w precyzyjnie dostrojony wszechświat doprowadziła do oczekiwania, że Wielki Zderzacz Hadronów dostarczy dowodów na istnienie fizyki wykraczającej poza Model Standardowy , takich jak supersymetria , ale do 2012 roku nie dostarczył dowodów na supersymetrię w skali energii, którą był w stanie zbadać.

Motywacja

Fizyk Paul Davies powiedział: „Obecnie między fizykami i kosmologami panuje powszechna zgoda, że ​​Wszechświat jest pod wieloma względami „dostrojony” do życia”. Jednak, kontynuował, „wniosek nie jest taki, że Wszechświat jest dostrojony do życia, ale jest dostrojony do elementów budulcowych i środowisk, których wymaga życie”. Powiedział również, że " rozumowanie ' antropiczne ' nie rozróżnia między minimalnie biofilnymi wszechświatami, w których życie jest dozwolone, ale tylko marginalnie możliwe, a optymalnie biofilnymi wszechświatami, w których życie kwitnie, ponieważ biogeneza występuje często". Wśród naukowców, którzy uważają dowody za przekonujące, zaproponowano różne naturalne wyjaśnienia , takie jak istnienie wielu wszechświatów, wprowadzające błąd przetrwania zgodnie z zasadą antropiczną .

Przesłanką twierdzenia o dostrojonym wszechświecie jest to, że niewielka zmiana kilku stałych fizycznych spowodowałaby, że wszechświat byłby radykalnie inny. Jak zauważył Stephen Hawking: „Prawa nauki, jakie znamy obecnie, zawierają wiele podstawowych liczb, takich jak wielkość ładunku elektrycznego elektronu i stosunek mas protonu do elektronu... Niezwykłym faktem jest to, że wartości tych liczb wydają się być bardzo precyzyjnie dostosowane, aby umożliwić rozwój życia”.

Jeśli na przykład silna siła jądrowa byłaby o 2% silniejsza niż jest (tj. gdyby stała sprzężenia reprezentująca jej siłę była o 2% większa), podczas gdy inne stałe pozostałyby niezmienione, diprotony byłyby stabilne; według Daviesa, wodór będzie fuzji do nich zamiast deuteru i helu . Zmieniłoby to drastycznie fizykę gwiazd i prawdopodobnie wykluczyłoby istnienie życia podobnego do tego, które obserwujemy na Ziemi. Istnienie diprotonu skróciłoby powolną syntezę wodoru w deuter. Wodór łączyłby się tak łatwo, że prawdopodobnie cały wodór we Wszechświecie zostałby zużyty w ciągu pierwszych kilku minut po Wielkim Wybuchu . Ten „argument z diprotonami” jest kwestionowany przez innych fizyków, którzy obliczają, że dopóki wzrost siły jest mniejszy niż 50%, fuzja gwiazd może nastąpić pomimo istnienia stabilnych diprotonów.

Precyzyjne sformułowanie idei utrudnia fakt, że nie wiemy jeszcze, ile jest niezależnych stałych fizycznych. Standardowy model fizyki cząstek ma 25 swobodnie regulowane parametry i ogólny względność ma więcej z nich, kosmologiczną stałej , który jest znany jako niezerowy jednak głęboko małą wartość. Ale ponieważ fizycy nie opracowali empirycznie udanej teorii grawitacji kwantowej , nie ma znanego sposobu połączenia mechaniki kwantowej, od której zależy model standardowy, z ogólną teorią względności. Bez znajomości tej pełniejszej teorii, która, jak się podejrzewa, leży u podstaw modelu standardowego, niemożliwe jest definitywne obliczenie liczby naprawdę niezależnych stałych fizycznych. W niektórych kandydujących teoriach liczba niezależnych stałych fizycznych może wynosić zaledwie jeden. Na przykład stała kosmologiczna może być stałą fundamentalną, ale próbowano również obliczyć ją z innych stałych i według autora jednego z takich obliczeń „mała wartość stałej kosmologicznej mówi nam, że niezwykle dokładna i całkowicie nieoczekiwany związek istnieje między wszystkimi parametrami Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych , czystą stałą kosmologiczną i nieznaną fizyką”.

Przykłady

Martin Rees formułuje precyzyjne dostrojenie wszechświata za pomocą następujących sześciu bezwymiarowych stałych fizycznych.

  • N , stosunek siły elektromagnetycznej do siły grawitacyjnej między parą protonów, wynosi około 10 36 . Według Reesa, gdyby był znacznie mniejszy, mógłby istnieć tylko mały i krótkotrwały wszechświat.
  • Epsilon ( ε ), miara wydajności jądrowej syntezy wodoru z helem , wynosi 0,007: kiedy cztery nukleony łączą się w hel, 0,007 (0,7%) ich masy jest przekształcane w energię. Wartość ε jest częściowo zdeterminowana przez siłę silnego oddziaływania jądrowego . Gdyby ε wynosiło 0,006, mógłby istnieć tylko wodór, a złożona chemia byłaby niemożliwa. Według Reesa, gdyby była powyżej 0,008, nie istniałby żaden wodór, ponieważ cały wodór uległby fuzji wkrótce po Wielkim Wybuchu . Inni fizycy nie zgadzają się, obliczając, że znaczna ilość wodoru pozostaje tak długo, jak długo stała sprzężenia siły silnej wzrasta o mniej niż około 50%.
  • Omega (Ω), powszechnie znana jako parametr gęstości , to względne znaczenie grawitacji i energii ekspansji we wszechświecie. Jest to stosunek gęstości masy wszechświata do „gęstości krytycznej” i wynosi w przybliżeniu 1. Gdyby grawitacja była zbyt silna w porównaniu z ciemną energią i początkową ekspansją metryczną, wszechświat zapadłby się, zanim powstałoby życie. Gdyby grawitacja była zbyt słaba, nie powstałyby żadne gwiazdy.
  • Lambda (Λ), powszechnie znana jako stała kosmologiczna , opisuje stosunek gęstości ciemnej energii do krytycznej gęstości energii Wszechświata, przy pewnych rozsądnych założeniach, takich jak ta, że ​​gęstość ciemnej energii jest stała. W jednostkach Plancka i jako naturalna wartość bezwymiarowa Λ jest rzędu 10-122 . Jest tak mały, że nie ma znaczącego wpływu na struktury kosmiczne o średnicy mniejszej niż miliard lat świetlnych. Nieco większa wartość stałej kosmologicznej spowodowałaby, że przestrzeń kosmiczna rozszerzałaby się na tyle szybko, że gwiazdy i inne struktury astronomiczne nie byłyby w stanie się uformować.
  • Q , stosunek energii grawitacyjnej wymaganej do rozerwania dużej galaktyki do równoważnika energii jej masy, wynosi około 10-5 . Jeśli jest za mały, nie mogą powstać żadne gwiazdy. Według Reesa, jeśli jest zbyt duży, żadna gwiazda nie może przetrwać, ponieważ wszechświat jest zbyt gwałtowny.
  • D , liczba wymiarów przestrzennych w czasoprzestrzeni , wynosi 3. Rees twierdzi, że życie nie mogłoby istnieć, gdyby istniały 2 lub 4 wymiary czasoprzestrzeni lub gdyby liczba wymiarów czasoprzestrzeni była inna niż 1. Rees twierdzi, że nie wyklucza to istnienie dziesięciowymiarowych strun .

Węgiel i tlen

Starszym przykładem jest stan Hoyle'a , trzeci najniższy stan energetyczny jądra węgla-12 , o energii 7,656 MeV nad poziomem gruntu. Według jednego z obliczeń, gdyby poziom energii w stanie był niższy niż 7,3 lub wyższy niż 7,9 MeV, ilość węgla byłaby niewystarczająca do podtrzymania życia. Co więcej, aby wyjaśnić obfitość węgla we Wszechświecie, stan Hoyle'a musi zostać dostrojony do wartości między 7,596 a 7,716 MeV. Podobne obliczenia, skupiające się na podstawowych stałych podstawowych, które powodują powstawanie różnych poziomów energii, stwierdzają, że siła silna musi być dostrojona z dokładnością co najmniej 0,5%, a siła elektromagnetyczna z dokładnością co najmniej 4%, aby zapobiec albo produkcja węgla, albo produkcja tlenu od znacznego spadku.

Wyjaśnienia

Niektóre wyjaśnienia dotyczące dostrajania są naturalistyczne . Po pierwsze, precyzyjne dostrojenie może być iluzją: bardziej fundamentalna fizyka może wyjaśniać pozorne dostrajanie parametrów fizycznych w naszym obecnym rozumieniu, ograniczając wartości, które te parametry prawdopodobnie przyjmą. Jak ujął to Lawrence Krauss , „pewne wielkości wydawały się niewytłumaczalne i precyzyjnie dostrojone, a kiedy je zrozumiemy, nie wydają się być tak dostrojone. Musimy mieć pewną perspektywę historyczną”. Niektórzy twierdzą, że możliwe jest, że ostateczna fundamentalna teoria wszystkiego wyjaśni podstawowe przyczyny pozornego dostrojenia w każdym parametrze.

Mimo to, w miarę rozwoju współczesnej kosmologii, pojawiały się różne hipotezy, które nie zakładają ukrytego porządku. Jednym z nich jest multiwers , w którym postuluje się, że podstawowe stałe fizyczne mają różne wartości poza naszym własnym wszechświatem. Przy tej hipotezie poszczególne części rzeczywistości miałyby zupełnie inne cechy. W takich scenariuszach pojawienie się precyzyjnego dostrojenia jest wyjaśnione jako konsekwencja słabej zasady antropicznej i błędu selekcji (w szczególności błędu przetrwania ); tylko te wszechświaty o fundamentalnych stałych sprzyjających życiu (takie jak nasz) mogły zawierać formy życia zdolne do obserwowania wszechświata i rozważania przede wszystkim kwestii precyzyjnego dostrojenia.

Wieloświat

Jeśli wszechświat jest tylko jednym z wielu, z których każda ma inne stałe fizyczne, nie powinno dziwić, że znajdujemy się we wszechświecie sprzyjającym inteligentnemu życiu (patrz wieloświat: zasada antropiczna ). Niektóre wersje hipotezy wieloświata dostarczają zatem prostego wyjaśnienia wszelkich precyzyjnych dostrojeń.

Idea wieloświata doprowadziła do znacznych badań nad zasadą antropiczną i jest szczególnie interesująca dla fizyków cząstek elementarnych , ponieważ teorie wszystkiego najwyraźniej generują dużą liczbę wszechświatów, w których stałe fizyczne znacznie się różnią. Jak dotąd nie ma dowodów na istnienie wieloświata, ale niektóre wersje teorii przewidują, że niektórzy badacze badający teorię M i przecieki grawitacyjne mają nadzieję, że wkrótce zobaczą dowody. Profesor UNC-Chapel Hill, Laura Mersini-Houghton, twierdziła, że zimny punkt WMAP może dostarczyć testowalnych dowodów empirycznych dla równoległego wszechświata , ale później zostało to obalone, ponieważ zimny punkt WMAP okazał się niczym więcej niż statystycznym artefaktem. Warianty tego podejścia obejmują koncepcję kosmologicznego doboru naturalnego Lee Smolina , wszechświat ekpirotyczny i teorię wszechświata Bubble.

Kosmologia odgórna

Stephen Hawking i Thomas Hertog zaproponowali, że warunki początkowe Wszechświata składają się z superpozycji wielu możliwych warunków początkowych, z których tylko niewielka część przyczyniła się do warunków, które widzimy dzisiaj. Według ich teorii jest nieuniknione, że znajdziemy „dostrojone” stałe fizyczne naszego wszechświata, ponieważ obecny wszechświat „wybiera” tylko te przeszłe historie, które doprowadziły do ​​obecnych warunków. W ten sposób kosmologia odgórna dostarcza antropicznego wyjaśnienia, dlaczego znajdujemy się we wszechświecie, który pozwala na materię i życie, bez odwoływania się do bytowego istnienia Multiwersu.

Szowinizm węglowy

Niektóre formy dostrajających argumentów na temat formowania się życia zakładają, że możliwe są tylko formy życia oparte na węglu, co czasami nazywa się szowinizmem węglowym . Koncepcyjnie możliwa jest alternatywna biochemia lub inne formy życia.

Obcy projekt

Jedna z hipotez głosi, że pozauniwersalni kosmici zaprojektowali wszechświat. Niektórzy uważają, że to rozwiązałoby problem powstania projektanta lub zespołu projektowego zdolnego do precyzyjnego dostrojenia wszechświata. Kosmolog Alan Guth wierzy, że ludzie z czasem będą w stanie tworzyć nowe wszechświaty. Implikuje to, że poprzednie inteligentne istoty mogły wygenerować nasz wszechświat. Idea ta prowadzi do możliwości, że pozauniwersalni projektanci/projektanci są sami wytworem procesu ewolucyjnego we własnym wszechświecie, który w związku z tym musi być zdolny do podtrzymania życia. Rodzi również pytanie, skąd pochodzi ten wszechświat, prowadząc do nieskończonego regresu .

Teoria Designer Universe Johna Gribbina sugeruje, że zaawansowana cywilizacja mogła celowo stworzyć wszechświat w innej części Multiwszechświata i że ta cywilizacja mogła spowodować Wielki Wybuch.

Apologetyka religijna

Niektórzy naukowcy, teologowie i filozofowie , a także pewne grupy religijne twierdzą, że opatrzność lub stworzenie są odpowiedzialne za dostrojenie.

Chrześcijański filozof Alvin Plantinga twierdzi, że losowy przypadek, zastosowany do jednego i jedynego wszechświata, rodzi tylko pytanie, dlaczego ten wszechświat może być tak „szczęśliwy”, że ma precyzyjne warunki, które wspierają życie przynajmniej w jakimś miejscu (na Ziemi) i czas (w ciągu milionów lat teraźniejszości).

Jedną z reakcji na te pozornie ogromne zbiegi okoliczności jest postrzeganie ich jako uzasadnienia teistycznego twierdzenia, że ​​wszechświat został stworzony przez osobowego Boga i jako oferującego materiał dla odpowiednio powściągliwego argumentu teistycznego – stąd argument o precyzyjnym dostrojeniu. To tak, jakby istniała duża liczba pokręteł, które muszą być dostrojone w niezwykle wąskich granicach, aby życie w naszym wszechświecie było możliwe. Jest bardzo mało prawdopodobne, aby stało się to przypadkiem, ale o wiele bardziej prawdopodobne, że tak się stanie, jeśli istnieje taka osoba jak Bóg.

—  Alvin Plantinga, „Zamieszanie Dawkinsa: naturalizm ad absurdum

Filozof i apologeta chrześcijański William Lane Craig cytuje to dostrojenie wszechświata jako dowód na istnienie Boga lub jakiejś formy inteligencji zdolnej do manipulowania (lub projektowania) podstawowej fizyki rządzącej wszechświatem.

Filozof i teolog Richard Swinburne dochodzi do wniosku projektowego przy użyciu prawdopodobieństwa bayesowskiego .

Naukowiec i teolog Alister McGrath wskazał, że precyzyjne dostrojenie węgla jest nawet odpowiedzialne za zdolność natury do dostrajania się w dowolnym stopniu.

Cały biologiczny proces ewolucyjny zależy od niezwykłej chemii węgla, która pozwala mu wiązać się ze sobą, a także z innymi pierwiastkami, tworząc wysoce złożone cząsteczki, które są stabilne w dominujących temperaturach ziemskich i są zdolne do przekazywania informacji genetycznej (zwłaszcza DNA) . […] Podczas gdy można by argumentować, że natura tworzy swoje własne dostrojenie, można tego dokonać tylko wtedy, gdy pierwotne składniki wszechświata są takie, że można zainicjować proces ewolucyjny. Unikalna chemia węgla jest ostatecznym fundamentem zdolności natury do samostrojenia.

Fizyk teoretyczny i ksiądz anglikański John Polkinghorne stwierdził: „Antropiczne dostrojenie jest zbyt niezwykłe, aby można je było odrzucić jako szczęśliwy przypadek”.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

Broń dostrajania
Krytykuj precyzyjne dostrajanie