Nedávný objev gravitačních vln od Velkého třesku, který způsobil vznik našeho vesmíru, spustil vlny v astrofyzikálních a kosmologických kruzích. Někteří s nadšením přivítali nový objev, prohlašovali, že to nakonec prokázalo realitu inflace (tzv. Rychlou expanzi vesmíru předpokládanou teorií po Velkém třesku).
Jiní vyzývali k opatrnosti a poukazovali na to, že zjištěné vlny mohly být částečně způsobeny jinými faktory než samotnou inflací. Někteří oznámili, že tyto výsledky konečně pohřbily téměř všechny alternativní teorie předložené k vysvětlení pozorovaných vlastností vesmíru, jiné varovaly před nadměrným spěchem a volaly nejprve, aby „spolehlivě prokázaly“nekonzistentnost možných alternativ. Na tomto všeobecném rozrušeném pozadí byla zvláště zajímavá řeč jednoho z předních moderních kosmologů Andreje Lindeho ze Stanfordské univerzity.
Uvítal nový objev a řekl, že nejen „odstraní 90 procent všech ostatních inflačních modelů z diskuse“, ale také „dokonale zapadá do teorie chaotické inflace“, to je teorie, kterou Linde vyvinul asi před 30 lety. Nebylo náhodou, že Lindeova slova vzbudila zvláštní zájem všech jeho kolegů. Skutečnost je taková, že pokud další testy skutečně potvrdí realitu chaotické inflace, bude to znamenat, že kosmologii se konečně podařilo vyřešit bolestivou a základní otázku, na kterou nebyla po mnoho desetiletí schopna uspokojivě odpovědět.
Tato otázka, jak uvidíte nyní, je také zásadní pro nás, obyčejné zvědavé lidi, protože ve své nejprimitivnější podobě to zní takto: proč vůbec existujeme?
Dovolte mi to nyní vysvětlit. Již v polovině minulého století bylo zaznamenáno, že základní fyzikální konstanty (například elektronový náboj, gravitační konstanta v zákoně univerzální gravitace a řada dalších základních veličin) jsou velmi přesně upraveny, aby zajistily, že život ve vesmíru může existovat ve formě, ve které víme.
Existuje mnoho dalších příkladů takového jemného přizpůsobení přírodních zákonů potřebám anthroposu, tj. Osobě. Řekněme, že náš život je založen na uhlíku a uhlík, jak ukázala studie procesů tvorby chemických prvků, by se ve vesmíru nemohl objevit, pokud by byly energetické hladiny v atomech lehčí než uhlík, prvky se lišily dokonce o miliardiny toho, co je na opravdu.
Další příklad, již z geometrie prostoru: pro vznik a vývoj života jsou zapotřebí planety, které se podle zákona gravitace točí kolem jejich hvězd. Obecná teorie relativity ukazuje, že v prostoru dvou dimenzí by gravitace byla příliš slabá na to, aby udržovala planety v blízkosti hvězd, a v prostoru čtyř nebo více dimenzí nemůže být gravitace vůbec.
Pro anthropos zůstává pouze prostor tří dimenzí, který vidíme kolem nás. A existuje mnoho takových příkladů. Zájemci se zmíním o skvělé knize Barrowa a Tipplera „Kosmologický antropický princip“.
Propagační video:
Jak vysvětlíte takové jemné utajení? V roce 1973 slavný astrofyzik Brandon Carter přednesl na krakovské konferenci na počest 500. výročí narození Copernicuse možnou odpověď na tuto otázku. Tato odpověď se nazývá „antropický princip“. Tvrdí, že na rozdíl od staré (Copernican) víry, že umístění Země ve vesmíru se neliší od jakéhokoli jiného možného umístění ve vesmíru, ve skutečnosti Carter říká: „její poloha, i když ne nutně centrální, je stále poněkud zvláštní..
Co je tato funkce? Skutečnost, že v celé okolní části vesmíru, která je pro nás viditelná, jsou zákony a konstanty přírody přesně to, co je potřeba pro vznik života a anthropos jako jeho „koruny“.
Jinými slovy, objevili jsme se na tak zvláštním (z našeho pohledu) místě ve vesmíru, kde jsme se mohli objevit jen my. Pokud předpokládáme, že ve vesmíru je mnoho dalších zákoutí, které nevidíme, pak je docela možné, že zákony a konstanty přírody jsou tam odlišné, život a člověk se tam nemohly objevit, a proto se nikdo nemůže divit, proč jsou zákony přírody kolem něj jsou takové, že vylučují jeho výskyt.
Odpověď na naši základní otázku se tedy zmenšuje na skutečnost, že existujeme, protože díky nějaké neuvěřitelně šťastné shodě okolností v naší části vesmíru se vyvinuly přesně takové zákony a konstanty přírody, které se ukázaly jako ideální přizpůsobeny možnosti našeho vzhledu.
Tato formulace antropického principu byla později nazývána slabá, protože je možné učinit silnější prohlášení, které se nazývá silný antropický princip. Podle tohoto principu neexistují ve vesmíru žádné další části ani místa - vše a okamžitě vzniklo tak, že jeho zákony a konstanty jsou všude stejné a všude jsou přesně přizpůsobeny možnosti vzhledu života a rozumu. To zní logičtěji než prohlášení o „různých místech“vesmíru s „různými zákony“(proč by to najednou?!). Ale v této podobě antropický princip silně připomíná příběhy o úmyslném (božském?) Stvoření celého vesmíru pro člověka, a proto většina vědců rozhodně odmítla přijmout. Skutečnost pokuty však byla zřejmá a vyžadovala vysvětlení. Linde byla jedna z mála, která se snažila vážně,to je, s pomocí přísných teoretických výpočtů, zkontrolovat: mohly by skutečně existovat takové scénáře pro zrození vesmíru, které by to vysvětlily?
Dovolte mi připomenout, že původní scénář Velkého třesku se zrodil téměř okamžitě poté, co Einstein vytvořil obecnou teorii relativity, která spojovala gravitaci s vlastnostmi prostoru a času. Einstein věřil, že vesmír je vždy ve stacionárním stavu a gravitace všech jeho těl k sobě je vyvážena druhem praskajícího pole (dnes se nazývá polem temné energie).
Ale o několik let později Hubble zjistil, že vesmír se ve skutečnosti rozšiřuje (všechny galaxie se od sebe vzdálí) s určitou malou, ale znatelnou rychlostí, jako by všechny tyto galaxie jednou přijaly počáteční impuls a pokračovaly v pohybu setrvačností (dnes je známo, že pole temné energie tento pohyb dokonce zrychluje). Tento počáteční impuls byl pojmenován Velký třesk (astrofyzik Hoyle ho posměšně pokřtil jako Velký třesk - „Velký klapka“).
Teorie velkého třesku velmi dobře popsala zrození a vývoj vesmíru. Tvrdila, že vesmír vznikl jako hrudka extrémně horké a husté plazmy, která se postupně rozšiřovala (spolu se svým prostorem) a postupně ochladila.
Zpočátku nemohla být její hmota rozdělena na hmotu a energii, ale jak se ochladilo, začala se objevovat síla (energie) pole (oddělená od sebe) - jaderná, slabá, elektromagnetická a spolu s nimi se začaly objevovat částice odpovídající jim - kvarky, elektrony, neutrina atd. A nakonec (teorie naznačila, že asi 380 tisíc let po výbuchu) se vesmír ochladil natolik, že kvanta energie nerozbila novorozené atomy, a pak látka vypadla z obecné plazmy.
Mezi atomy zůstala prázdnota (vakuum), která byla naplněna elektromagnetickým zářením enormní intenzity. Atomy se začaly slepovat do shluků hmoty (nakonec tvořily první hvězdy a galaxie) a zbytkové záření pokračovalo v chladu, to znamená, od velmi krátkých vlnových délek k stále rostoucím vlnovým délkám (jak kvůli ztrátě energie při kolizi s hmotou, tak v důsledku natahování vln z pro pokračující expanzi prostoru) a do teď se ochladil na 3 stupně Kelvina (jeho vlnová délka je již několik milimetrů). Nazývalo se to zbytkové neboli reliktní kosmické záření.
Tento štíhlý a působivý obraz byl skvěle potvrzen, když Penzias a Wilson objevili právě takové záření s teplotou 2,7 kelvinů a dosáhli Země ze všech stran oblohy, to znamená, že zaplnili celý vesmír. Ale spolu s potvrzením přišla další otázka, protože se ukázalo, že toto záření je jednotné, to znamená, že má stejnou teplotu ve všech směrech, tj. V celém vesmíru. Jak to může být? Teorie říká, že Velký třesk se stal před 13,7 miliardami let. To znamená, že reliktní záření bylo vytvořeno asi před 13,3 miliardami let.
Nejvzdálenější body, ze kterých může toto světlo přijít na Zemi dnes, mohou být 13,3 světelných let, což znamená, že vzdálenost mezi dvěma takovými body na opačných stranách oblohy je 26,6 miliard světelných let. Žádná energie se nemohla pohybovat z jednoho takového bodu do druhého, protože proto by se musela pohybovat dvojnásobnou rychlostí světla, což je nemožné. Mezitím měření podle Penziase a Wilsona ukázala, že tyto dva body emitují zbytkové záření stejné teploty, což znamená, že jsou ve stavu tepelné rovnováhy.
Tato zvláštnost byla nazývána problémem horizontu (protože oba výše uvedené body jsou na okraji nebo na horizontu dnešního vesmíru). Ve snaze vyřešit tento problém Alan Guth v roce 1981 předložil myšlenku inflace (inflace se také překládá jako „inflace“, „otoky“), podle níž byla počáteční plazmatická sraženina vyplývající z Velkého třesku malá, a proto všechny její části mohly být výměna energie, dosáhnout stejné teploty.
A potom, v příšerně krátkém čase (10 až 35 mínus 35 vteřin), došlo k krátké, ale příšerně rychlé nafouknutí vesmíru, která se zvýšila na své současné zdánlivé rozměry (10 na 23. moc km). Nestojí to za pokus o vizualizaci těchto čísel. Míra této inflace nepředstavitelně překročila rychlost světla (která však neporušila princip limitu rychlosti světla, protože nedošlo k přenosu signálu přes prostor, ale k rozšíření samotného prostoru).
A samozřejmě, během této doby nemohly všechny části vesmíru změnit svůj stav, a proto zůstaly všude ve stavu tepelné rovnováhy mezi sebou.
Guthova inflační teorie vyřešila více než jen horizontální problém. Zároveň vysvětlila, proč se nám pozorovaný vesmír v průměru (tj. Na velmi velké vzdálenosti) jeví jako prakticky homogenní a plochý (tj. Ten, ve kterém jsou splněny zákony euklidovské geometrie, a nikoli, řekněme, zákony Riemannovy sférické geometrie nebo Lobachevského hyperbolické geometrie).
Zhruba řečeno, inflace „vyválila“zvinutý „koberec“vesmírného vesmíru, odstranila nejmenší odchylky od roviny a učinila z ní euklidy a samotný vesmír - homogenní.
(Abych byl přísný, v zájmu doby, objev naší temné hmoty, která je ve vesmíru několikrát více než obvykle, vyvolala znovu problém plochosti a uniformity pro vědce, protože se ukázalo, že temná hmota je v prostoru distribuována jinak, než je obvyklé, viditelné. dal vzniknout novým, komplexnějším inflačním teoriím, ale nemají nic společného s historií antropického principu v kosmologii.)
Co bylo hlavní příčinou Velkého třesku a následné inflace? Podle Guth to všechno začalo kvantovými výkyvy vakua. Zhruba řečeno, v kvantové fyzice není vakuum prázdnotou, ale zvláštním stavem určitého pole, ve kterém mohou nastat energetické výkyvy. Jedna taková vibrace na krátkou dobu zvyšuje energii pole a pak vzniká nestabilní stav nazývaný falešné vakuum.
Takový stav se extrémně rychle rozpadá, to znamená, že se vrací k normálnímu, ale za určitých podmínek může část prostoru, ve kterém vznikl falešný vakuum a poté se rozpadl, využívat energii, která se v něm najednou objevila, pro jeho zběsilé rozšíření, jinými slovy, pro inflaci. Podle Gutta to byl právě takový proces, který dal vznik vesmíru, který pozorujeme, a to se odehrálo v tak mikroskopické, a tedy homogenní a rovnovážné oblasti, že vesmír, který z něj vznikl, se také ukázal, jak jsme již řekli, homogenní a rovnovážný.
Navíc původní místo bylo tak malé, že zákony fyziky v něm byly všude stejné - takže v okamžitě nafouknutém vesmíru zůstaly všude stejné. A skutečnost, že se současně ukázalo být příznivými pro vznik života a rozumu, je již čistě náhoda. Odpověď v podstatě opakuje silný antropický princip a dává mu přísný vědecký základ.
Tento závěr byl pro Linde nepřijatelný a pokusil se zobecnit Guthovu teorii. Odmítl svůj předpoklad mikroskopie, a tím i homogenitu počáteční oblasti, kde se objevil falešný vaku, a zkoumal (samozřejmě teoreticky), co by se stalo, kdybychom zvážili dostatečně velkou plochu prostoru, což rozhodně nemohlo být ani homogenní, ani energeticky vyvážené.
Výpočty ho vedly k neobvykle zajímavým výsledkům. Ukázalo se, že v tomto případě se mohou na různých místech této oblasti vyskytovat kvantové výkyvy falešného vakua v různých časech as různou intenzitou. Z tohoto důvodu budou některá místa bobtnat inflačním tempem, zatímco jiná se vůbec nerozšíří nebo se brzy nezastaví. Nebude vznikat jediný vesmír, jako v Guthově teorii, ale celá hromada vesmírů, z nichž každý bude stejně velký jako jediný Guth.
A protože tento shluk vesmírů (podobný vesmíru, Linde to nazýval multiverse, tj. Něco jako „multiverse“) se zrodil z chaotického stavu vakua a v chaotické nepořádku, bude sám o sobě chaotický, to znamená, že není možné označit žádnou jednotlivou okamžik zrození, v každém z jeho oddílů (v každém samostatném vesmíru) budou jistě existovat jeho vlastní zákony prostoru, času a přírody v přísném souladu se slabým antropickým principem.
Nová teorie se nazývá chaotická inflace. Při jeho vývoji Linde ve své práci z roku 1986 ukázala, že v rychle rostoucích kompartmentech multiverse by měly vzniknout její vlastní kvantové fluktuace vakua a dalších polí, což by mělo vést k nepřetržité a nekonečné inflaci takových míst v těchto kompartmentech, takže multiverse by se měl natrvalo reprodukovat.
Tento proces nemá začátek ani konec, a proto Linde nazvala tento nový grandiózní scénář teorií věčné chaotické inflace. Tato nekonečná inflace bude také chaotická v tom smyslu, že všechny nové oddíly vznikající v různých oddílech (jsou to také vesmíry) (jsou to nové a nové vesmíry), v zásadě by měly mít různé geometrie (včetně odlišného počtu rozměrů prostoru), různé vlastnosti čas a různé typy částic a polí.
Je tedy možné, že mnoho z nich má, řekněme, šest prostorových rozměrů nebo neobsahuje žádné částice hmoty, atd. Atd. (Samozřejmě je také docela pravděpodobné, že mnoho z nich - a jejich počet je nekonečný - bude docela vhodné pro vznik života a mysli, i když každý ve svém vlastním čase, nemusí se nutně shodovat s ostatními.)
A nyní Linde tvrdí (a Guth již s ním vyjádřil souhlas), že nová data o gravitačních vlnách se nejlépe shodují s jeho předpovědi.
Jak jsem řekl, pokud budou jeho slova konečně potvrzena, věda konečně dostane odpověď, proč vůbec vůbec existuje. Protože v nekonečném a věčném procesu chaotického objevování stále více nových vesmírů s více a více novými zákony a konstantami, jednou (a více než jednou) se muselo objevit takové, kde se stal životem a rozumem možný. Bude to obrovské vědecké vítězství, ale samozřejmě pouze v rámci fyziky a kosmologie. Pro úplnou odpověď na otázku, proč vůbec existujeme, je samozřejmě nutné také biologické vysvětlení toho, jak by život mohl vzniknout z „mrtvé“hmoty a jak se vyvíjí před zjevením rozumu.
Biologie zatím nemůže jednoznačně vysvětlit vznik života. Okamžitě zde narazila na problém „kuře a vejce“. K reprodukci první DNA jsou zapotřebí proteiny a DNA k produkci prvních proteinů.
Pokoušejí se vyřešit tento problém tím, že předpokládají, že se objevily první molekuly, RNA, které byly schopny katalyzovat vlastní reprodukci. Tato katalýza vedla ke vzniku celého světa různých RNA, ze kterých přirozený výběr začal vybírat materiál pro další komplikace. Existence takové autokatalýzy však dosud nebyla plně prokázána, a co je nejdůležitější, není jasné, proč by výběr všech nejlepších RNA měl vést ke vzniku proteinů (nebo DNA). Moderní biologie má také potíže s vysvětlením dalšího vývoje života.
Vysvětluje tento proces Darwinovou teorií, ve které je evoluce prezentována jako pomalý, postupný a kontinuální proces akumulace a selekce náhodných malých změn (mutací) v genech, které pak nacházejí expresi ve stejně malých změnách v organismech jako celku. Teorie tímto způsobem od první živé buňky tvrdí, že se začaly vyvíjet různé typy buněk, které rostly jako větve stromu, poté se rozdělily na ještě početnější typy organismů, a tak dále až na osobu, která korunovala tento „strom života“.
V posledních desetiletích se však nashromáždilo mnoho nových skutečností, což naznačuje, že ve skutečnosti tento proces nebyl kontinuální. Spíše to byl přerušovaný vývoj, ve kterém byla krátká období rychlého výskytu nových organismů v téměř dokončené formě nahrazena dlouhými obdobími jejich dalšího doladění a jemnější fragmentace na poddruhy (Eldridge a Gould nazýval tento proces tečkovanou evolucí).
Mnoho autorů se již pokusilo provést tyto úpravy Darwinovy teorie, ale nedávno se objevila první zobecňující a velmi radikální hypotéza, která „opraví“Darwina pomocí Linde!
Tato hypotéza patří k vynikajícímu modernímu biologovi Evgeny Kuninovi z National Institute of Health v Bethesda (USA). Plně ho popsal ve své nedávné knize „Logika náhodnosti“a předtím - ve dvou článcích s velmi pozoruhodnými, jak uvidíte nyní, tituly: „Kosmologický model věčné inflace a přechod od náhodnosti k evoluci v historii života“a „Model biologického velkého“exploze hlavních přechodných okamžiků evoluce “. V prvním článku Kunin říká něco takového: „Model věčné inflace, na rozdíl od tradičního kosmologického modelu jediného jedinečného vesmíru, předpokládá, že všechny možné soubory počátečních fyzických podmínek mohou náhodně vzniknout a opakovat nespočet časů v různých oddílech multiverse.
Tento model tedy také poukazuje na možnost nekonečného počtu nejsložitějších systémů, které se náhodně objevují v různých takových kompartmentech, i když je pravděpodobnost každého jednotlivého výskytu takové složitosti v každém samostatném oddílu extrémně malá. Život na Zemi není výjimkou z tohoto pravidla. Existujeme, protože v našem kompartmentu multivesmíru se náhodou objevila najednou celá sada molekul, které zajišťovaly jak reprodukci DNA, tak konstrukci proteinů. Teorie věčné inflace říká, že ve věčném a nekonečně se množícím multivesmíru byl výskyt takové nehody (jako každý jiný) nezbytný, takže darwinovský vývoj nevyžaduje žádný RNA svět a je v podstatě nevyhnutelným důsledkem antropického principu.
V úvodu druhého článku Kunin píše: „Ve všech hlavních stádiích biologické evoluce se opakuje stejný scénář náhlého výskytu různých živých forem nové úrovně složitosti. To byl případ výskytu prvních živých molekul (RNA a bílkovin), nejdůležitějších skupin virů, dvou tříd protozoů (archaea a bakterií), zakladatelů super rodiny eukaritů (buňky s jádrem) a všech rodin zvířat. Člověk by si mohl myslet, že všechny tyto body jsou místem přechodu z jedné výbušné fáze vývojového vývoje do druhého, postupné. První, inflační fáze velmi rychle vytváří obrovské množství nových příležitostí pro výměnu genetických informací (horizontální přenos genů, rekombinace, fúze, dělení atd.), Zatímco ve druhé fázi se začínají vyvíjet a rozvětvovat nové formy života, které vznikly tímto způsobem. Tento proces se podobá zrození nového vesmíru v teorii věčné chaotické inflace, kde se v důsledku rychlé expanze (obvykle nazývané Velký třesk) zrodí nový oddíl multivesmíru, který se dále začíná rozvíjet podle svých vnitřních zákonů. Proto jsem nazval fázové přechody popsané výše v životní historii „Biologické velké třesky“.
Oba články pokračují podrobnou analýzou a důkazem hypotéz, které jsou v nich předloženy, ale jejich vyplacení vyžaduje samostatný příběh, a můžeme jen doufat, že nám k tomu osud umožní návrat. Prozatím jen řeknu: závratné myšlenky moderní vědy otevírají hlubiny bez dna a příroda se zjevně ani marně nesnažila tolik vytvořit tento nástroj svého sebepoznání.
Raphael Nudelman