Proč žijeme ve vesmíru se třemi prostorovými a jednorázovými dimenzemi - 3 + 1, jak by řekli kosmologové? Proč přesně tato kombinace, a ne 4 + 2 nebo 2 + 1? Během posledních deseti let fyzici tuto otázku mnohokrát prozkoumali a uvažovali o jiných vesmírech s různými vlastnostmi, aby pochopili, zda v nich může existovat složitý život, či nikoli. A nevyhnutelně dospěli k závěru, že to nemůže existovat ve vesmíru se čtyřmi prostorovými dimenzemi nebo dvěma časovými. Takže lidé nevyhnutelně skončí (a skončí) ve vesmíru 3 + 1.
Toto je antropický argument: myšlenka, že vesmír musí mít vlastnosti nezbytné pro přežití pozorovatelů.
Jak vypadá dvojrozměrný vesmír?
Ale co jednodušší vesmíry jako 2 + 1? Fyzici se domnívali, že tyto dvě dimenze prostoru nemusí poskytovat dostatečnou složitost pro podporu života. Oni také věří, že gravitace nebude fungovat ve dvou rozměrech, takže objekty, jako je sluneční soustava, se nemohou tvořit. Ale je to opravdu tak?
James Scargill z Kalifornské univerzity v Davisu, na rozdíl od všech očekávání, ukázal, že 2 + 1-dimenzionální vesmír může podporovat gravitaci i komplexní život. Jeho práce podkopává antropický argument pro kosmology a filozofy, kteří budou muset hledat další důvod, proč má vesmír podobu, kterou má.
Nejprve trochu pozadí. Jedním z velkých vědeckých tajemství je to, že zákony fyziky se zdají být na celý život zaostřeny (nebo doladěny). Například numerická hodnota konstanty jemné struktury se zdá být libovolná (asi 1/137), a přesto různí fyzici poukazovali na to, že pokud by byly dokonce o něco odlišné, atomy a složitější objekty by se nemohly vytvořit. V takovém vesmíru by život nebyl možný.
Antropickým přístupem je, že pokud by konstanta jemné struktury nabrala jakoukoli jinou hodnotu, nebyli by pozorovatelé, kteří by ji mohli změřit. Proto má hodnotu, kterou měříme!
Propagační video:
V 90. letech 20. století Max Tegmark, nyní fyzik na Massachusetts Institute of Technology, vyvinul podobný argument pro počet dimenzí vesmíru. Tvrdil, že kdyby existoval více než jeden časový rozměr, fyzikální zákony by neměly vlastnosti, které pozorovatelé potřebují předvídat. To by rozhodně vyloučilo existenci fyziků a možná i samotný život.
Nyní pojďme k vlastnostem vesmírů se čtyřmi prostorovými dimenzemi. V takovém prostoru by Newtonovy zákony pohybu byly velmi citlivé na nepatrné poruchy. Jedním z důsledků toho je, že se stabilní oběžné dráhy nemohly tvořit, takže by neexistovaly žádné sluneční soustavy ani jiné podobné struktury. "V prostoru s více než třemi rozměry nemohou být žádné tradiční atomy a možná stabilní struktury," říká Tegmark.
Podmínky života se tedy zdají nepravděpodobné ve vesmíru s více dimenzemi, než jsou ty naše. Argumentem však je, že vesmír s menším rozměrem je méně bezpečný.
Existuje názor, že obecná teorie relativity nefunguje ve dvou dimenzích, proto nemůže existovat žádná gravitace.
Ale James Scargill myslí jinak. Ve svém příspěvku ukazuje, že mnohem jednodušší, čistě skalární gravitační pole by bylo možné ve dvou rozměrech, což by umožnilo stabilní oběžné dráhy a inteligentní kosmologii. Zbývá pouze ukázat, jak složitost může nastat v dimenzích 2 + 1. Scargill přistupuje k tomuto problému z hlediska neuronových sítí. Poukazuje na to, že složitost biologických neuronových sítí může být charakterizována různými speciálními vlastnostmi, které musí jakýkoli 2D systém reprodukovat.
Mezi nimi je vlastnost „malého světa“, komunikační model, který vám umožňuje procházet složitou sítí v několika malých krocích. Další vlastností mozkových sítí je to, že fungují v režimu, který je jemně vyvážený mezi přechodem z vysoké aktivity na nízkou aktivitu - režim kritičnosti. To se také zdá být možné pouze v sítích s modulární hierarchií, ve které jsou malé podsítě kombinovány do větších sítí.
Otázka Scargill se ptá, zda existují nějaké 2D sítě, které mají všechny tyto vlastnosti - vlastnosti malého světa, modulární hierarchii a kritické chování.
Nejprve se to zdá nepravděpodobné, protože ve 2D grafech jsou uzly spojeny hranami, které se protínají. Scargill ale ukazuje, že 2D sítě mohou být skutečně postaveny modulárním způsobem a že tyto grafy mají určité vlastnosti malého světa.
Také ukazuje, že tyto sítě mohou fungovat v přechodném bodě mezi dvěma chováními, což prokazuje kritičnost. A to je úžasný výsledek, který naznačuje, že 2D sítě mohou skutečně podporovat překvapivě komplexní chování. To samozřejmě nedokazuje, že vesmír 2 + 1 může skutečně podporovat život. Určitě to bude vyžadovat více práce.