De ce trăim într-un univers cu trei dimensiuni spațiale și unice - 3 + 1, așa cum ar spune cosmologii? De ce exact această combinație, și nu 4 + 2 sau 2 + 1? În ultimul deceniu, fizicienii au explorat această întrebare de multe ori, contemplând alte universuri cu proprietăți diferite pentru a înțelege dacă viața complexă ar putea exista în ele sau nu. Și, inevitabil, au ajuns la concluzia că nu poate exista într-un univers cu patru dimensiuni spațiale sau două temporale. Deci, oamenii vor ajunge inevitabil (și vor sfârși) într-un univers 3 + 1.
Acesta este argumentul antropic: ideea că universul trebuie să aibă proprietățile necesare supraviețuirii observatorilor.
Cum arată un univers bidimensional?
Dar despre universurile mai simple precum 2 + 1? Fizicienii au apreciat că cele două dimensiuni ale spațiului nu pot oferi suficientă complexitate pentru a susține viața. De asemenea, ei cred că gravitația nu va funcționa în două dimensiuni, astfel încât obiecte precum sistemul solar nu se pot forma. Dar este chiar așa?
James Scargill de la Universitatea California din Davis, contrar tuturor așteptărilor, a arătat că un univers 2 + 1 dimensional ar putea susține atât viața gravitațională, cât și viața complexă. Opera sa subminează argumentul antropic pentru cosmologi și filozofi, care vor trebui să caute un alt motiv pentru care universul ia forma pe care o ia.
În primul rând, puțin fundal. Unul dintre marile mistere științifice este motivul pentru care legile fizicii par a fi ascuțite (sau bine ajustate) pentru viață. De exemplu, valoarea numerică a constantei structurii fine pare arbitrară (aproximativ 1/137) și totuși, diferiți fizicieni au subliniat că, dacă ar fi chiar ușor diferiți, nu s-ar fi putut forma atomi și obiecte mai complexe. Într-un astfel de univers, viața ar fi imposibilă.
Abordarea antropică este că, dacă constanta structurii fine ar prelua orice altă valoare, nu ar exista observatori care să o poată măsura. Acesta este motivul pentru care are valoarea pe care o măsurăm!
Video promotional:
În anii 90, Max Tegmark, acum fizician la Massachusetts Institute of Technology, a dezvoltat un argument similar pentru numărul de dimensiuni ale universului. El a susținut că, dacă ar exista mai multe dimensiuni temporale, legile fizicii nu ar avea proprietățile pe care observatorii trebuie să le prezică. Acest lucru ar exclude cu siguranță existența fizicienilor și, eventual, viața în sine.
Acum să trecem la proprietățile universurilor cu patru dimensiuni spațiale. Într-un astfel de spațiu, legile mișcării lui Newton ar fi foarte sensibile la perturbările minuscule. O consecință a acestui fapt este că orbitele stabile nu s-ar putea forma, deci nu ar exista sisteme solare sau alte structuri similare. „Într-un spațiu cu mai mult de trei dimensiuni, nu pot exista atomi tradiționali și structuri posibil stabile”, spune Tegmark.
Astfel, condițiile de viață par improbabile în universurile cu mai multe dimensiuni decât ale noastre. Argumentul este însă că universurile cu mai puține dimensiuni sunt mai puțin sigure.
Există o părere că teoria generală a relativității nu funcționează în două dimensiuni, prin urmare nu poate exista o gravitație.
Dar James Scargill gândește altfel. În lucrarea sa, el arată că un câmp gravitațional mult mai simplu, pur scalar, poate fi posibil în două dimensiuni, iar acest lucru ar permite orbite stabile și cosmologie inteligentă. Rămâne doar să arătăm cum poate apărea complexitatea în dimensiuni 2 + 1. Scargill abordează această problemă în ceea ce privește rețelele neuronale. El subliniază că complexitatea rețelelor neuronale biologice poate fi caracterizată de diverse proprietăți speciale pe care orice sistem 2D trebuie să le reproducă.
Printre ele se numără proprietatea „lumea mică”, un model de comunicare care vă permite să traversați o rețea complexă în câțiva pași mici. O altă proprietate a rețelelor creierului este aceea că acestea funcționează într-un mod delicat echilibrat între trecerea de la o activitate înaltă la o activitate scăzută - modul de criticitate. Acest lucru pare a fi posibil doar în rețelele cu o ierarhie modulară, în care subnetele mici sunt combinate în rețele mai mari.
Întrebarea pe care Scargill o pune este dacă există rețele 2D care au toate aceste caracteristici - proprietăți ale lumii mici, ierarhie modulară și comportament critic.
Acest lucru pare puțin probabil la început, deoarece în graficele 2D, nodurile sunt conectate prin margini care se intersectează între ele. Dar Scargill arată că, într-adevăr, rețelele 2D pot fi construite într-un mod modular și că aceste grafice au anumite proprietăți din lumea mică.
De asemenea, el arată că aceste rețele pot funcționa într-un punct de tranziție între două comportamente, demonstrând astfel critică. Și acesta este un rezultat uimitor, ceea ce sugerează că rețelele 2D pot susține într-adevăr un comportament surprinzător de complex. Desigur, acest lucru nu dovedește că universul 2 + 1 poate susține de fapt viața. Va fi nevoie de mai multă muncă pentru a afla cu siguranță.
