Nedavno otkriće gravitacijskih valova iz Velikog praska koji su rodili naš svemir pokrenulo je valove u astrofizičkim i kozmološkim krugovima. Neki su s oduševljenjem pozdravili novo otkriće tvrdeći da je napokon dokazala stvarnost inflacije (tzv. Brzo širenje svemira, što je teorija pretpostavila nakon Velikog praska).
Ostali su zahtijevali oprez, naglašavajući da su otkriveni valovi dijelom mogli utjecati samo na faktore, a ne samo na inflaciju. Neki su najavili da su ovi rezultati napokon pokopali gotovo sve alternativne teorije predložene za objašnjenje promatranih svojstava svemira, dok su drugi upozoravali na pretjeranu žurbu, pozivajući prvo da "pouzdano dokažu" nedosljednost mogućih alternativa. U svjetlu ove opće uznemirene pozadine, govor jednog od vodećih modernih kozmologa, Andreija Lindea sa Sveučilišta Stanford, bio je posebno zanimljiv.
Pozdravljajući novo otkriće, rekao je da ono ne samo što "uklanja 90 posto svih ostalih modela inflacije iz rasprave", već se "savršeno uklapa u teoriju kaotične inflacije", odnosno teoriju koju je sam Linde razvio prije 30 godina. Nisu slučajno Lindeove riječi pobudile poseban interes svih njegovih kolega. Činjenica je da ako daljnji testovi zaista potvrde stvarnost kaotične inflacije, to će značiti da je kozmologija napokon uspjela riješiti bolno i temeljno pitanje na koje nije mogla dati zadovoljavajući odgovor već desetljećima.
Ovo pitanje, kao što ćete sada vidjeti, također je osnovno za nas, obične znatiželjnike, jer u svom najprimitivnijem obliku to zvuči ovako: zašto uopće postojimo?
Dopustite mi da sada objasnim. Već sredinom prošlog stoljeća primijećeno je da su osnovne fizičke konstante (na primjer, naboj elektrona, gravitaciona konstanta u zakonu univerzalne gravitacije i niz drugih osnovnih veličina) izuzetno točno prilagođene kako bi se osiguralo da život u svemiru može postojati u obliku u kojem znamo.
Postoje brojni drugi primjeri tako finog prilagođavanja zakona prirode potrebama antroposa, odnosno osobe. Recimo da se naš život temelji na ugljiku, a ugljik, kao što je pokazalo istraživanje procesa stvaranja kemijskih elemenata, ne bi se mogao pojaviti u svemiru ako bi se razina energije u atomima lakša od ugljika, elementi razlikovali čak i za milijardu posto onoga što je u stvarno.
Još jedan primjer, već iz geometrije prostora: za nastanak i razvoj života potrebni su planeti koji se okreću oko svojih zvijezda prema zakonu gravitacije. A opća teorija relativnosti pokazuje da bi u prostoru dviju dimenzija gravitacija bila preslaba da bi planete držale u blizini zvijezda, a u prostoru od četiri ili više dimenzija, uopće ne može postojati gravitacija.
Za antropoze ostaje samo taj prostor od tri dimenzije, koji vidimo oko nas. A postoji jako puno takvih primjera. Oni koji su zainteresirani uputit ću se prema divnoj knjizi Barrowa i Tipplera, "Kozmološki antropski princip".
Promotivni video:
Kako objašnjavate takav suptilni oblik? Još davne 1973., poznati astrofizičar Brandon Carter, govoreći na konferenciji u Krakovu u čast 500. obljetnice rođenja Kopernika, formulirao je mogući odgovor na to pitanje. Taj se odgovor naziva "antropskim principom". On tvrdi da, suprotno starom (Kopernikovom) uvjerenju da se položaj Zemlje u svemiru ne razlikuje od bilo kojeg drugog mogućeg mjesta u svemiru, Carter kaže, "njegov položaj, iako nije nužno središnji, ipak je pomalo poseban.”.
Koja je to značajka? Činjenica da su nam u cijelom okolnom dijelu svemira vidljivi zakoni i konstante prirode upravo ono što je potrebno za nastanak života i antropoza kao njegove "krune".
Drugim riječima, pojavili smo se na tako posebnom (s našeg stajališta) mjestu u svemiru, gdje smo se samo mogli pojaviti. Ako pretpostavimo da u svemiru postoje mnogi drugi uglovi koje ne vidimo, onda je sasvim moguće da su zakoni i konstante prirode tamo različite, život i čovjek se tamo ne bi mogli pojaviti, i stoga se nitko ne može zapitati zašto su zakoni prirode oko njega takvi su da isključuju njegovu pojavu.
Dakle, odgovor na naše temeljno pitanje svodi se na činjenicu da postojimo, jer su se po nevjerojatno sretnoj slučajnosti u našem dijelu svemira razvili upravo takvi zakoni i konstante prirode, za koje se ispostavilo da su idealno prilagođeni mogućnosti našeg pojavljivanja.
Ova formulacija antropskog principa kasnije je nazvana slabom, jer je moguće dati snažniju izjavu, koja se naziva i snažnim antropskim principom. Prema ovom principu, nema drugih dijelova ili mjesta u svemiru - sve je i odmah nastalo takvo da su njegovi zakoni i konstante svugdje isti i svugdje su precizno prilagođeni mogućnosti pojave života i razuma. To zvuči logičnije od izjave o "različitim mjestima" svemira s "različitim zakonima" (zašto bi to odjednom ?!). Ali u ovom obliku antropski princip snažno podsjeća na priče o namjernom (božanskom?) Stvaranju cijelog svemira radi čovjeka, i zato ga je većina znanstvenika odlučno odbila prihvatiti. No činjenica činjenice da je u pitanju bila je očita i tražila je da se objasni. Linde je bila jedna od rijetkih koja se ozbiljno trudila,to jest, uz pomoć rigoroznih teorijskih izračuna, provjerite: je li uistinu mogao postojati takav scenarij za rođenje svemira koji bi to objasnio?
Podsjetim da je izvorni scenarij Velikog praska nastao gotovo odmah nakon što je Einstein stvorio opću teoriju relativnosti, koja je gravitaciju povezala sa svojstvima prostora i vremena. Einstein je vjerovao da je svemir uvijek u stacionarnom stanju, a gravitacija svih njegovih tijela jedan prema drugome izbalansirana je svojevrsnim raspadajućim poljem (danas ga nazivamo poljem tamne energije).
No, nakon nekoliko godina, Hubble je otkrio da se svemir zapravo širi (sve se galaksije udaljavaju jedna od druge) s nekom malom, ali primjetnom brzinom, kao da su sve te galaksije jednom primile neki početni impuls i nastavile se kretati po inerciji (danas se zna da polje tamne energije čak i ubrzava ovo kretanje). Ovaj početni impuls dobio je ime Veliki prasak (astrofizičar Hoyle nasmijano ga je ošamario Big Bang - „Velika ploča ploče“).
Teorija Velikog praska vrlo je dobro opisala rođenje i razvoj svemira. Tvrdila je da svemir nastaje kao gomila izuzetno vruće i guste plazme koja se postupno širila (zajedno sa svojim prostorom) i postupno se hladila.
U početku se njegova materija nije mogla podijeliti na materiju i energiju, ali kako se ona hladila, počela su se pojavljivati (odvojena jedna od drugog) polja sile (energije) - nuklearna, slaba, elektromagnetska, a zajedno s njima počele su se pojavljivati i pripadajuće čestice - kvarkovi, elektroni, neutrini itd. I onda se konačno (teorija je pokazala da se oko 380 tisuća godina nakon eksplozije) svemir toliko ohladio da kvant energije nije razbio atome novorođenčeta, a zatim je tvar ispala iz opće plazme.
Između atoma je ostala praznina (vakuum), koja je bila ispunjena elektromagnetskim zračenjem ogromnog intenziteta. Atomi su se počeli lijepiti u grozdove materije (s vremenom formirajući prve zvijezde i galaksije), a zaostalo zračenje se nastavilo hladiti, to jest, od vrlo kratkih valnih duljina do sve veće valne duljine (oboje zbog gubitka energije u sudarima s materijom, i kao posljedica istezanja valova iz za kontinuirano širenje prostora), a do sad se ohladila na 3 stupnja Kelvina (njegova valna duljina je već nekoliko milimetara). Nazvali su ga ostatkom, odnosno reliktnim kozmičkim zračenjem.
Ova vitka i impresivna slika sjajno je potvrđena kada su Penzias i Wilson otkrili upravo takvo zračenje s temperaturom od 2,7 Kelvina i dosegnuli Zemlju sa svih strana neba, odnosno ispunili cijeli svemir. No, uz potvrdu je uslijedilo još jedno pitanje, jer se pokazalo da je ovo zračenje jednolično, odnosno da ima istu temperaturu u svim smjerovima, odnosno u cijelom svemiru. Kako može biti? Teorija kaže da se Veliki prasak dogodio prije 13,7 milijardi godina. To znači da je relikvijsko zračenje nastalo prije otprilike 13,3 milijardi godina.
Najdaljnje točke iz kojih danas ovo svjetlo može doći na Zemlju mogu biti udaljene 13,3 svjetlosne godine, što znači da je udaljenost između dvije takve točke na suprotnim stranama neba 26,6 milijardi svjetlosnih godina. Ni jedna energija ne bi mogla prelaziti s jedne takve točke na drugu, jer bi se za to trebalo kretati dvostruko većom brzinom svjetlosti, što je nemoguće. U međuvremenu, mjerenja Penziasa i Wilsona pokazala su da ove dvije točke emitiraju preostalo zračenje iste temperature, što znači da su u stanju toplinske ravnoteže.
Taj se čudak nazvao problemom horizonta (jer su obje gore navedene točke na rubu ili na horizontu današnjeg svemira). U pokušaju da riješi ovaj problem, Alan Guth je 1981. iznio ideju o inflaciji (inflacija se prevodi i kao "inflacija", "oteklina"), prema kojoj je početni ugrušak plazme koji je nastao uslijed Velikog praska bio mali, pa su zbog toga svi njegovi dijelovi mogli razmjenjujući energiju, dođite na istu temperaturu.
A onda je u monstruozno kratkom vremenu (10 do minus 35. snaga sekunde) došlo do kratke, ali monstruozno brze inflacije prostora svemira, koja se povećala do sadašnjih prividnih dimenzija (10 do 23. snage km). Ne vrijedi pokušati vizualizirati ove brojeve. Brzina te inflacije nezamislivo je premašila brzinu svjetlosti (koja, međutim, nije prekršila načelo granice brzine svjetlosti, jer nije bilo prijenosa signala kroz prostor, već samog širenja prostora).
I naravno, za to vrijeme svi dijelovi svemira nisu mogli promijeniti svoje stanje, i stoga su svugdje ostali u stanju toplinske ravnoteže jedni s drugima.
Guthova inflatorna teorija riješila je više od problema horizonta. Istodobno je objasnila zašto nam se promatrani svemir u prosjeku (to jest, na vrlo velikim daljinama) čini praktično homogenim i ravnim (tj. Onim u kojem su ispunjeni zakoni euklidske geometrije, a ne, recimo, zakoni Riemannove sferne geometrije ili Lobačevski-jeve hiperboličke geometrije).
Grubo govoreći, inflacija je "progutala" valjani "tepih" univerzalnog prostora, uklonivši najmanja odstupanja od ravnine i učinivši ga euklidskim, a sam svemir - homogenim.
(Da budemo strogi, za ime svijeta, otkriće tamne materije, koja je u svemiru nekoliko puta više nego inače, postavilo je problem ravnosti i jednoličnosti za znanstvenike iznova, jer se pokazalo da se tamna tvar u prostoru distribuira drugačije od uobičajene, vidljive. stvorile su nove, složenije inflatorne teorije, ali one nemaju nikakve veze s poviješću antropskog principa u kozmologiji.)
Što je bio glavni uzrok Velikog praska i naknadne inflacije? Prema Guthu, sve je počelo kvantnim fluktuacijama vakuuma. Grubo rečeno, u kvantnoj fizici vakuum nije praznina, već posebno stanje određenog polja u kojem mogu doći do kolebanja energije. Jedna takva vibracija za kratko vrijeme povećava energiju polja, a zatim nastaje nestabilno stanje zvano lažni vakuum.
Takvo se stanje izuzetno brzo raspada, tj. Vraća se u normalu, ali pod određenim uvjetima, prostor u kojem je nastao lažni vakuum, a zatim se raspada, može iskoristiti energiju koja se iznenada pojavila u njemu za njezino besno širenje, drugim riječima, za inflaciju. Prema Guthu, upravo je takav postupak potaknuo svemir koji promatramo, i odvijao se na takvom mikroskopskom, a samim tim i homogenom i ravnotežnom području, da je svemir koji je iz njega nastao također ispao, kao što smo već rekli, homogeni i ravnotežni.
Štoviše, prvotno nalazište bilo je toliko malo da su zakoni fizike u njemu bili svugdje isti - pa su u trenutačno napuhanom svemiru ostali svugdje isti. A činjenica da su se istovremeno pokazali povoljni za nastanak života i razuma već je čista slučajnost. Odgovor, u biti, ponavlja snažan antropski princip, dajući mu čvrst znanstveni temelj.
Ovaj je zaključak Linde bio neprihvatljiv i on je pokušao generalizirati Guthovu teoriju. Odbacio je svoju pretpostavku o mikroskopičnosti, a samim tim i o homogenosti početnog područja na kojem se pojavio lažni vakuum, i istražio (teoretski, naravno) što će se dogoditi ako uzmemo u obzir dovoljno veliko područje prostora, koje sigurno ne bi moglo biti ni homogeno ni energetski ravnotežno.
Proračuni su ga doveli do neobično zanimljivih rezultata. Pokazalo se da se u ovom slučaju mogu pojaviti kvantne fluktuacije lažnog vakuuma na različitim mjestima ovog područja u različito vrijeme i s različitim intenzitetom. Zbog toga će se neka mjesta bubriti inflatornom brzinom, dok se druga ili neće uopće proširiti ili će se prestati rano širiti. Neće se stvoriti niti jedan svemir kao u Guthovoj teoriji, već čitav gomila svemira, svaki velik kao jedini Guth.
A budući da je ta skupina svemira (slična svemiru, Linde je to nazvala multiverzumom, to jest, nešto poput "multiverzuma") nastala iz kaotičnog stanja vakuuma i u kaotičnom poremećaju, sama će biti kaotična, to jest, nemoguće je navesti nijednog jedinog trenutak rođenja, u svakom svom odjeljku (u svakom zasebnom svemiru) sigurno će postojati vlastiti zakoni prostora, vremena i prirode u strogom skladu sa slabim antropskim principom.
Nova teorija naziva se kaotičnom inflacijom. Razvijajući to, Linde je u svom radu iz 1986. godine pokazao da bi u brzo rastućim odjeljcima multiverzea trebala nastati vlastita kvantna kolebanja vakuuma i drugih polja, što bi trebalo dovesti do kontinuirane i beskrajne inflacije takvih mjesta u tim odjeljcima, tako da bi se multiverse trebao neodgovarati u nedogled.
Taj proces nema početka i kraja i zato je Linde ovaj novi grandiozni scenarij nazvala teorijom vječne kaotične inflacije. Ta beskonačna inflacija bit će također kaotična u smislu da bi svi novi odjeljci koji nastaju u različitim odjeljcima (oni su i svemiri) (oni su novi i novi svemiri) u načelu trebali imati različite geometrije (uključujući različit broj dimenzija prostora), različita svojstva vrijeme i različite vrste čestica i polja.
Dakle, moguće je da mnogi od njih imaju, recimo, šest prostornih dimenzija ili ne sadrže niti jednu česticu materije, i tako dalje, i tako dalje. (Naravno, također je vrlo vjerojatno da će mnogi od njih - a njihov je broj beskonačan - biti sasvim prikladni za nastanak života i uma, iako svaki u svoje vrijeme, ne nužno i poklapajući se s drugima.)
A sada Linde tvrdi (a Guth je s njim već izrazio svoj pristanak) da se novi podaci o gravitacijskim valovima najbolje podudaraju s predviđanjima njegove teorije.
Kao što rekoh, ako se njegove riječi konačno potvrde, znanost će napokon dobiti odgovor zašto uopće postojimo. Jer u beskrajnom i vječnom procesu kaotičnog pojavljivanja sve više novih svemira sa sve više i više novih zakona i konstanta, mora se jednog dana (i više puta) pojaviti onaj gdje je postajanje života i razuma postalo moguće. To će biti ogromna znanstvena pobjeda, ali, naravno, samo u okviru fizike i kozmologije. Za cjelovit odgovor na pitanje zašto uopće postojimo potrebno je, naravno, i biološko objašnjenje kako bi život mogao nastati iz „mrtve“materije i razvijati se prije pojave razuma.
Biologija još ne može jednoznačno objasniti nastanak života. Ovdje odmah nailazi na problem "piletina i jaje". Proteini su potrebni za reprodukciju prve DNK, a DNA je potrebna za proizvodnju prvih proteina.
Te se poteškoće pokušavaju zaobići postuliranjem da su se prvi pojavili posebni molekuli, RNA, koji su uspjeli katalizirati vlastitu reprodukciju. Ta kataliza dovela je do pojave čitavog svijeta različitih RNA, iz kojih je prirodna selekcija počela birati materijal za daljnje kompliciranje. Ali postojanje takve autokatalize još nije u potpunosti dokazano, a što je najvažnije, nije jasno zašto je odabir svih najboljih RNA trebao dovesti do pojave proteina (ili DNK). Moderna biologija također ima poteškoća u objašnjavanju daljnjeg razvoja života.
Ona objašnjava taj proces Darwinovom teorijom, u kojoj se evolucija predstavlja kao spor, postupan i kontinuiran proces nakupljanja i odabira slučajnih malih promjena (mutacija) u genima, koji potom pronalaze izraz u jednako malim promjenama u organizmima u cjelini. Na taj način, teorija tvrdi, od prve žive stanice počele su se razvijati različite vrste stanica, koje su narasle poput grana stabla, zatim se podijelile na još mnogobrojnije vrste organizama, i tako sve do osobe koja je okrunila ovo „stablo života“.
Međutim, posljednjih desetljeća nagomilalo se mnogo novih činjenica, što ukazuje da taj proces u stvarnosti nije bio kontinuiran. Umjesto toga, bila je isprekidana evolucija, u kojoj su kratka razdoblja brze pojave novih organizama u gotovo gotovom obliku zamijenjena dugim razdobljima njihove daljnje precizne prilagodbe i finijih fragmentacija na podvrste (Eldridge i Gould su ovaj proces nazvali točkastom evolucijom).
Mnogi su autori već pokušali izvršiti ta prilagođavanja Darwinove teorije, no vrlo nedavno se pojavila prva uopćavajuća i vrlo radikalna hipoteza koja „ispravlja“Darwina uz pomoć Linde!
Ova hipoteza pripada izvanrednom modernom biologu Evgenyju Kuninu s Nacionalnog instituta za zdravstvo u Bethesdi (SAD). Potpuno ga je opisao u svojoj nedavnoj knjizi "Logika slučajnosti", a prije toga - u dva članka s vrlo zapaženim, kao što ćete sada vidjeti, naslovima: "Kozmološki model vječne inflacije i prijelaz iz slučajnosti u evoluciju u povijesti života" i "Model biološkog velikog" eksplozija za glavne prijelazne trenutke evolucije”. U prvom članku Kunin kaže ovako: „Model vječne inflacije, nasuprot tradicionalnom kozmološkom modelu jedinstvenog, jedinstvenog svemira, pretpostavlja da svi mogući skupovi početnih fizičkih uvjeta mogu nasumično nastajati i ponavljati se bezbroj puta u različitim odjeljcima multiverzuma.
Ovaj model, dakle, također ukazuje na mogućnost beskonačnog broja najsloženijih sustava koji se nasumično pojavljuju u različitim takvim odjeljcima, čak i ako je vjerojatnost svake pojedinačne pojave takve složenosti u svakom zasebnom odjeljku izuzetno mala. Život na Zemlji nije izuzetak od ovog pravila. Mi postojimo zato što se u našem odjeljku multiverze slučajno pojavio čitav niz molekula koji su pružali i reprodukciju DNK i izgradnju proteina uz njegovu pomoć. Teorija vječne inflacije kaže da je u vječnom i beskrajno samo-umnožavajućem multiverzumu pojava takve nesreće (kao i svaka druga) bila neophodna, tako da darvinistička evolucija ne zahtijeva nijedan svijet RNA-e i u biti je neizbježna posljedica antropskog načela.
U uvodu drugog članka, Kunin piše: „U svim glavnim fazama biološke evolucije ponavlja se isti scenarij iznenadne pojave različitih živih oblika nove razine složenosti. To je bio slučaj s pojavom prvih živih molekula (RNA i proteina), najvažnijih skupina virusa, dvije klase protozoa (arheje i bakterije), utemeljitelja superdružine eukarita (stanice s jezgrom) i svih porodica životinja. Moglo bi se pomisliti da su sve te točke mjesta prelaska iz jedne, eksplozivne, faze evolucijskog razvoja u drugu, postepenu. Prva, inflatorna, faza vrlo brzo stvara ogroman niz novih prilika za razmjenu genetskih podataka (horizontalni prijenos gena, rekombinacija, fuzija, podjela itd.), Dok se u drugoj fazi novi oblici života koji su nastali na ovaj način počinju razvijati i granati. Ovaj postupak nalikuje rađanju novog svemira u teoriji vječne kaotične inflacije, gdje se kao rezultat brzog širenja (obično se naziva Veliki prasak) rađa novi odjeljak multiverzele koji se dalje počinje razvijati u skladu s unutarnjim zakonima. Stoga sam fazne prijelaze opisane gore u životnoj povijesti nazvao "Biološkim velikim slovima".
Oba članka nastavljaju s detaljnom analizom i dokazom iznesenih hipoteza, ali njihovo prepričavanje zahtijeva zasebnu priču, a možemo se samo nadati da će nam sudbina vratiti ovo. Za sada ću reći samo: vrtoglave ideje suvremene znanosti otkrivaju dubine bez dna, a priroda se, izgleda, nije uzalud toliko trudila, stvarajući ovaj instrument svog samospoznaje.
Raphael Nudelman