Прецизно настроена за живот ли е нашата Вселена?

В продължение на десетилетия различни физици развиваха теорията, че дори най-малките промени в основните закони на природата биха направили невъзможно съществуването на живота. Тази идея, известна още като аргумента за „фино настроената вселена“, предполага, че възникването на живот във Вселената е много чувствително към някои фундаментални физични константи. Ако се промени някоя от тези стойности, логично и животът няма да съществува, което означава, че трябва да сме големи късметлии, че сме тук.

Но може ли това наистина да е така или е възможно животът да се появи при различни физически константи, а ние просто да не го знаем? Този въпрос наскоро е разгледан от Люк Барнс (Luke A. Barnes), постдокторант в Института по астрономия в Сидни (SIA), Австралия. В неотдавнашната си книга, A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos, той и професорът по астрофизика от същия институт Джерейнт Люис (Geraint F. Lewis) твърдят, че фино настроената Вселена има смисъл от гледна точка на физиката.

Авторите също така обобщават тези аргументи в документ с научен принос, публикуван в Routledge Companion to Philosophy of Physics (1-во издание). В тази статия, озаглавена „Фината настройка на Вселената за живот“ (The Fine-Tuning of the Universe for Life), Барнс обяснява как „фината настройка“ се състои в обяснение на наблюденията чрез използване на „подозрително точно предположение“. Това, твърди той, е било симптоматично за непълните теории през цялата история и е обща черта на съвременната космология и физиката на елементарните частици.

В някои отношения тази идея е подобна на Антропния принцип, който гласи, че всеки опит да се обяснят свойствата на Вселената не може да пренебрегне нашето съществуване като форма на живот. Това е в рязък контраст с Космологичния принцип – известен още като Принципът на Коперник, кръстен на Николай Коперник, който формулира хелиоцентричния модел на Вселената – който гласи, че няма нищо уникално или специално за хората или нашето място във Вселената.

В предишна статия Барнс и Луис твърдят, че далеч не е случай на високомерие или „прикрита религия“, антропният принцип е необходима част от науката. Когато се занимават със съвпадението между съществуването на хора и Вселена, която е достатъчно стара и се управлява от физика, която благоприятства появата на интелигентен живот (т.е. нас), те извеждат проста максима: „Всяко описание на съвпадението трябва да вземе предвид как Вселената създава същества които са способни да [я] измерят“.

Но както Барнс обяснява пред Universe Today, има някои значителни разлики между антропния принцип и фино настроената вселена:

„Разбирам връзката между фината настройка и антропния принцип, както следва. Фината настройка се отнася до факта, че малки промени в константите в природата биха довели до вселена, неспособна да поддържа живот. Антропният принцип казва, че ако съществуват физически форми на живот, те трябва да наблюдават, че са във вселена, която е в състояние да поддържа тяхното съществуване.

_{Би ли могъл да съществува животът, ако законите на физиката бяха само малко по-различни? Кредит: NASA/Serge Brunier}

Казано по друг начин, Барнс заявява, че Антропният принцип е нефалшифицируемо твърдение (не съществува метод, който да го опровергае), което е резултат от „ефекта на подбор“ на нашето собствено съществуване. Тъй като няма популация от интелигентен живот и цивилизации, от които да избираме, самият принцип не може да е фалшифицируем, т.е. невъзможно е да бъде опроверган.

Тук е намесен критерият на Попър за наука: да е фалшифицируема (да е опровержима). Това означава хипотезата да бъде формулирана така, че да има експеримент, който да я опровергае. Да, въпреки че пръв поглед изглежда парадоксално, именно това условие най-точно определя разликата между наука и не-наука, в т.ч. псевдонаука. По-подробно за този критерий може да прочетете в статията "Демаркационната линия между наука и ненаука".

Междувременно, казва Барнс, аргументът за фина настройка е „удивителен факт за законите на природата, каквито ги познаваме“.

Аргументът за фино настроената вселена датира от 70-те години на миналия век, когато физиката започва да отбелязва, че малки промени в основните константи на природата или в първоначалните условия на Вселената биха изключили живота, какъвто го познаваме. Ако космосът и самите закони на физиката се бяха развили по различен начин, стабилността, необходима за съществуването на живите същества (в цялата им сложност), не би била възможна.

Но както Барнс отбелязва в своя обобщаващ документ, тази логика е в противоречие със същия стар проблем. Подобно на геоцентричния модел на древността, той съдържа подозрително точни предположения, които той разглежда едно по едно.

Първото е свързано с космологичната константа, идея, предложена от Айнщайн през 1917 г. като временно допълнение към неговите полеви уравнения за Общата теория на относителността. Обозначаван с символа λ, космологичната константа е сила, която „уравновесява гравитацията“ и по този начин гарантира, че Вселената остава статична (популярна гледна точка по това време).

Макар Айнщайн да изхвърля космологичната константа няколко години по-късно, когато научава, че Вселената се разширява, идеята е била интерпретирана отново от 90-те години на миналия век. С осъзнаването, че космическото разширение се ускорява, физиците предполагат, че космологичната константа на Айнщайн може да е загадъчната сила, известна като „тъмна енергия“. Това доведе до широко приетата космологична теория, известна като модела Lambda Cold Dark Matter (LCDM).

_{Илюстрация на космическото разширение. Кредит: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab}

Въпреки това, космологичната константа представлява и един от най-значимите теоретични проблеми в съвременната физика. Подобно на тъмната материя, съществуването на тъмната енергия или преоткритата космологична константа бе предложено, за да се обясни разликата между наблюденията и теоретичните прогнози. Подобно на „епициклите“ на Птолемей, които са били използвани за рационализиране на наблюдения, които не съответстват на геоцентричния модел, космологичната константа е предположение, което е „подозрително точно“.

Освен това има несъответствия, които космологичната константа има с квантовата теория на полето (QFT), която описва частиците като конфигурации на поле. Според QFT конкретна конфигурация, известна като „вакуумно състояние“, съществува и в отсъствието на частици. Но ако се вярва на теориите относно космологичната константа и тъмната енергия, това би означавало, че във вакуумното състояние има значително количество енергия.

Единственият начин да се обясни това с термини, приемливи за QFT и Общата теория на относителността, е да се приеме, че приносът на енергията на вакуума и квантовите полета се анулира. Още веднъж, това изисква „подозрително точно“ съвпадение между няколко независими фактора. В друг смисъл, Стандартният модел на физиката на частиците ни казва, че материята се състои от 25 различни типа субатомни частици, разделени в четири групи (кварки, лептони, калибровъчни бозони и скаларни бозони).

Съществуването на тези частици и съответните им свойства (маса, заряд и спин) са потвърдени чрез строги експерименти. Най-малкото отклонение на някое от тези свойства би повлияло значително на това как те взаимодействат и се държат, което води до пълна нестабилност на материята. Почти същото важи и за размерността на пространство-времето, където три измерения на пространството (както постулира Нютон) са необходими за стабилни атоми и стабилни планетарни орбити. 

_{Схема, показваща елементарните частици, които изграждат материята. Кредит: ЦЕРН}

Вселена с три пространствени измерения и едно измерение на времето (както е описано от Общата теория на относителността) също е от съществено значение. Ако са повече, казва Барнс, атомните системи не могат да останат стабилни. С други думи, докато космологична константа може да повдигне теоретични проблеми, Стандартният модел и размерността на пространство-времето са в съответствие с фино настроения модел. 

„Космологичната константа е необяснима в нашите уравнения и е в съответствие само в много малък диапазон с вселена, позволяваща живот. Стойността й е немотивирано и точно предположение, в константата на стандартните модели на физиката на елементарните частици и космологията. Много от другите константи на Стандартния модел са такива", обяснява Барнс.

Тогава въпросът е как да се разрешат тези проблеми в нашите традиционни модели? Какво друго би могло да обясни факта, че нашата Вселена позволява живот, докато най-нищожни вариации биха направили това невъзможно? Барнс и Люис предполагат, че може да помогне теорията за мултивселената.

„Може би Мултивселената – нашата вселена случайно позволява живот, а има много други разнообразни вселени“, предполага Барнс.

Но междувременно все още съществува възможност несъответствията или противоречията да показват каква е истината. Подобно на Коперник, който осъзнава, че движенията на планетите (които изискват епицикли и уравнения, за да имат смисъл) всъщност са индикация, че моделът е грешен, фината настройка може да е индикация за физика извън Стандартния модел или че самият модел се нуждае ревизия.

_{Може ли нашата Вселена да е част от по-голяма Мултивселна? И може ли тези други вселени да поддържат живота? Кредит: Jaime Salcido/EAGLE Collaboration}

„Мисля, че фината настройка като цяло е ключ към по-дълбоко обяснение. Малките вероятности може да са просто малки вероятности или са генерирани от някои неправилни предположения“, добавя Барнс. „Интересното при фината настройка на фундаменталните константи е, че в момента те са на последния етаж на научните обяснения. Те са толкова дълбоки, колкото се простира физиката (поне, докато е подкрепена с доказателства.)

Източник: Is the Universe Fine-Tuned for Life?, Universe Today

Още по темата

03/11/2021

Космос

Може ли нашата Вселена да е нечий проект по химия? (видео)

12/07/2017

Космос

Една фино настроена Вселена е спорна, но не може да бъде игнорирана

05/06/2016

Космос

Защо Вселената не се е превърнала в черна дупка?

03/04/2016

Физика

Квантовата теория на полето