Dzīvība varētu pastāvēt 2D Visumā (saskaņā ar fiziku jebkurā gadījumā)

Krāsains Visuma skats, kas uzņemts ar kosmosa teleskopu NASA

Kāpēc mēs dzīvojam Visumā, kurā ir trīs telpas un viena laika — 3+1 dimensijas, kā teiktu kosmologi? Kāpēc ne kāda cita kombinācija, piemēram, četras telpas dimensijas vai divas laika dimensijas?

Pēdējo desmitgažu laikā fiziķi ir pētījuši šo jautājumu, pētot citu Visumu īpašības, lai noskaidrotu, vai tajos varētu pastāvēt sarežģīta dzīvība. Viņu secinājums ir tāds, ka tas nevarētu pastāvēt Visumā ar četrām dimensijām, ne arī vienā ar vairākām laika dimensijām. Viņi saka, ka tas, ka cilvēce atrodas 3+1 dimensiju Visumā, ir neizbēgami.

To sauc par antropisko argumentu — ideju, ka Visumam ir jābūt īpašībām, kas nepieciešamas, lai novērotāji varētu izdzīvot.

Bet kā ir ar vienkāršākiem Visumiem, piemēram, tādiem, kuriem ir 2+1 dimensijas? Fiziķi ir pieņēmuši, ka divas telpiskās dimensijas nevar ļaut šāda veida sarežģītībai atbalstīt dzīvību. Viņi arī domā, ka gravitācija nedarbosies divās dimensijās, tāpēc Saules sistēmas tipa objekti nevarētu veidoties. Bet vai tā tiešām ir taisnība?

Šodien mēs to uzzinām, pateicoties Džeimsa Skārgila darbam Kalifornijas Universitātē Deivisā, kurš ir pierādījis, ka 2+1 dimensijas Visums varētu atbalstīt gan gravitāciju, gan tādu sarežģītību, kāda nepieciešama dzīvei. Darbs grauj antropisko argumentu kosmologiem un filozofiem, kuriem būs jāatrod cits iemesls, kāpēc Visums iegūst tādu formu, kādā tas ir.

Vispirms nedaudz fona. Viena no lielākajām zinātniskajām mīklām ir, kāpēc fizikas likumi šķiet precīzi pielāgoti dzīvei. Piemēram, smalkās struktūras konstantes skaitliskā vērtība šķiet patvaļīga (apmēram 1/137), taču dažādi fiziķi ir norādījuši, ka, ja tā būtu kaut nedaudz atšķirīga, atomi un sarežģītāki objekti nevarētu veidoties. Šādā visumā dzīve būtu neiespējama.

Antropiskā pieeja ir apgalvot, ka, ja smalkās struktūras konstantei būtu kāda cita vērtība, nevarētu būt novērotāju, kas to izmērītu. Tāpēc tai ir vērtība, ko mēs novērtējam!

Deviņdesmitajos gados Makss Tegmarks, fiziķis, kurš tagad strādā MIT, izstrādāja līdzīgu argumentu par dimensiju skaitu Visumā. Viņš apgalvoja, ka, ja pastāv vairāk nekā viena laika dimensija, fizikas likumiem trūktu īpašību, kas nepieciešama, lai novērotāji varētu prognozēt. Šķiet, ka tas noteikti izslēdz fiziķu pastāvēšanu un, iespējams, arī pašu dzīvi.

Tad vēl ir visumu īpašības ar četrām telpiskajām dimensijām. Šāda veida kosmosā Ņūtona kustības likumi būtu ļoti jutīgi pret sīkiem traucējumiem. Viena no sekām ir tāda, ka nevarētu izveidoties stabilas orbītas, tāpēc nebūtu saules sistēmu vai citu līdzīgu struktūru. Telpā, kurā ir vairāk nekā trīs dimensijas, nevar būt tradicionālo atomu un, iespējams, arī stabilu struktūru, sacīja Tegmarks.

Tāpēc dzīvības apstākļi šķiet maz ticami Visumos, kuru dimensijas ir lielākas nekā mums. Taču arguments ir mazāk droši visumi ar mazākām dimensijām.

Viens arguments ir tāds, ka vispārējā relativitāte nevar darboties divās dimensijās, tāpēc nevarētu būt gravitācijas.

Bet Džeimsam Skārgilam ir citi uzskati. Šodienas rakstā viņš parāda, ka daudz vienkāršāks, tīri skalārs gravitācijas lauks būtu iespējams divās dimensijās, un tas nodrošinātu stabilas orbītas un saprātīgu kosmoloģiju.

Taču viņa iespaidīgākais rezultāts ir parādīt, kā sarežģītība var parādīties 2+1 dimensijās. Scargill šai problēmai pieiet no neironu tīklu viedokļa. Viņš norāda, ka bioloģisko neironu tīklu sarežģītību var raksturot ar dažādām īpašām īpašībām, kuras jāspēj reproducēt jebkurai 2D sistēmai.

Tie ietver mazo pasaules īpašumu, savienojamības modeli, kas ļauj šķērsot sarežģītu tīklu ar nelielu skaitu soļu. Vēl viena smadzeņu tīklu īpašība ir tāda, ka tie darbojas režīmā, kas ir delikāti līdzsvarots starp pāreju no augstas aktivitātes uz zemu, režīmu, kas pazīstams kā kritiskums. Un arī tas šķiet iespējams tikai tīklos, kuriem ir modulāra hierarhija, kurā mazi apakštīkli apvienojas, veidojot lielākus tīklus.

Tāpēc Scargill uzdod jautājumu, vai ir kādi 2D tīkli, kuriem ir visas šīs funkcijas — mazas pasaules īpašības, modulāra hierarhija un kritiska uzvedība.

Sākumā tas šķiet maz ticams, jo 2D grafikos mezgli ir savienoti, izmantojot malas, kas šķērso viena otru. Tomēr Scargill parāda, ka 2D tīklus patiešām var veidot modulārā veidā un ka šiem grafikiem ir noteiktas mazas pasaules īpašības.

Viņš arī parāda, ka šie tīkli var darboties pārejas punktā starp diviem uzvedības veidiem un tādējādi demonstrēt kritiskumu. Viņš saka, ka tie ir aptuveni “maza pasaule”, tiem ir hierarhiska un modulāra konstrukcija, un tie liecina par [kritisku uzvedību] noteiktiem stohastiskiem procesiem.

Tas ir aizraujošs rezultāts. Tas liek domāt, ka 2D tīkli var atbalstīt pārsteidzoši sarežģītu uzvedību. Protams, tas nav pierādījums tam, ka 2+1 Visums varētu uzturēt dzīvību. Patiešām, Scargill norāda, ka ir nepieciešams vairāk darba, lai noskaidrotu, vai viņa aprakstītie 2D tīklu veidi spēj sarežģīti uzvedību, kas novērota dzīvās būtnēs. Viņš saka, ka ir nepieciešams vairāk darba, lai salīdzinātu šeit sniegtos grafikus ar reālās dzīves neironu tīkliem.

Bet tas melo apgalvojumiem, ka 2+1 Visums nevarēja uzturēt dzīvību. Kosmologiem un filozofiem, kuri popularizē antropisko principu, būs jādomā nedaudz nopietnāk.

Atsauce: arxiv.org/abs/1906.05336 : Vai dzīve var pastāvēt 2 + 1 dimensijās?

paslēpties