Zašto živimo u svemiru s tri prostorne i jedne vremenske dimenzije - 3 + 1, kao što bi rekli kozmolozi? Zašto baš ta kombinacija, a ne 4 + 2 ili 2 + 1? Tijekom proteklog desetljeća, fizičari su istraživali ovo pitanje više puta, razmišljajući o drugim univerzumima s različitim svojstvima kako bi shvatili može li složeni život postojati u njima ili ne. I neizbježno su došli do zaključka da on ne može postojati u svemiru s četiri prostorne dimenzije ili dvije vremenske. Tako će ljudi neizbježno završiti (i završiti) u svemiru 3 + 1.
Ovo je antropski argument: ideja da svemir mora imati svojstva potrebna za opstanak promatrača.
Kako izgleda dvodimenzionalni svemir?
Ali što je s jednostavnijim svemirima poput 2 + 1? Fizičari su teoretizirali da dvije dimenzije prostora možda ne pružaju dovoljno složenosti da podrže život. Oni također vjeruju da gravitacija neće raditi u dvije dimenzije, tako da objekti poput sunčevog sustava ne mogu formirati. Ali je li zaista tako?
James Scargill sa Sveučilišta u Kaliforniji, Davis, suprotno svim očekivanjima, pokazao je da 2 + 1-dimenzionalni svemir može podržati i gravitaciju i složen život. Njegov rad potkopava antropijski argument za kozmologe i filozofe, koji će morati potražiti još jedan razlog zbog kojeg svemir poprima oblik kakav ima.
Prvo malo pozadine. Jedna od velikih znanstvenih misterija je zašto se čini da su zakoni fizike pooštreni (ili precizno prilagođeni) za život. Na primjer, brojčana vrijednost konstante finih struktura čini se proizvoljnom (oko 1/137), a ipak su različiti fizičari istaknuli da, da je i malo drugačija, atomi i složeniji objekti ne bi mogli nastati. U takvom svemiru život bi bio nemoguć.
Antropski pristup je da ako konstanta fine strukture poprimi bilo koju drugu vrijednost, ne bi bilo promatrača koji bi je mogli mjeriti. Zbog toga ima vrijednost koju mjerimo!
Promotivni video:
Devedesetih je Max Tegmark, sada fizičar na Massachusetts Institute of Technology, razvio sličan argument za broj dimenzija svemira. Ustvrdio je da, ako postoji više od jedne dimenzije vremena, zakoni fizike neće imati svojstva koja promatrači trebaju predvidjeti. To bi definitivno isključilo postojanje fizičara i, možda, i samog života.
Krenimo sada na svojstva svemira s četiri prostorne dimenzije. U takvom su prostoru Newtonovi zakoni kretanja bili vrlo osjetljivi na sitne uznemirenosti. Posljedica toga je da se stabilne orbite ne bi mogle formirati, tako da ne bi postojali solarni sustavi ili druge slične strukture. "U prostoru s više od tri dimenzije, ne mogu biti tradicionalni atomi i eventualno stabilne strukture", kaže Tegmark.
Dakle, uvjeti za život izgledaju malo vjerovatno u svemirima s više dimenzija od našeg. Ali argument je da su svemiri s manje dimenzija manje sigurni.
Postoji mišljenje da opća teorija relativnosti ne djeluje u dvije dimenzije, pa ne može postojati gravitacija.
Ali James Scargill misli drugačije. U svom radu pokazuje da je mnogo jednostavnije, čisto skalarno gravitacijsko polje moguće u dvije dimenzije, a to bi omogućilo stabilnu orbitu i inteligentnu kozmologiju. Ostaje nam samo pokazati kako složenost može nastati u dimenzijama 2 + 1. Scargill ovom problemu pristupa u smislu neuronskih mreža. Ističe da složenost bioloških neuronskih mreža može biti okarakterizirana raznim posebnim svojstvima koja svaki 2D sustav mora reproducirati.
Među njima je i svojstvo "malog svijeta", komunikacijski model koji vam omogućuje da prijeđete složenu mrežu u nekoliko malih koraka. Još jedno svojstvo moždanih mreža je da djeluju u načinu koji je osjetljivo uravnotežen između prelaska s visoke aktivnosti na način s nizom aktivnosti - kritičnost. Čini se da je to moguće i samo u mrežama s modularnom hijerarhijom u kojima se male podmreže kombiniraju u veće mreže.
Scargill postavlja pitanje postoje li 2D mreže koje imaju sve ove značajke - mala svojstva svijeta, modularna hijerarhija i kritičko ponašanje.
To se u početku čini malo vjerovatno, jer su u 2D grafikonima čvorovi povezani preko rubova koji se presijecaju. No Scargill pokazuje da 2D mreže doista mogu biti izgrađene modularno i da ti grafovi imaju određena svojstva malog svijeta.
Također pokazuje da ove mreže mogu djelovati na prijelaznoj točki između dva ponašanja, pokazujući tako kritičnost. Ovo je nevjerojatan rezultat koji sugerira da 2D mreže mogu uistinu podržati iznenađujuće složeno ponašanje. Naravno, to ne dokazuje da svemir 2 + 1 zapravo može podržati život. Trebat će još posla da to sigurno saznamo.
