Για δεκαετίες, διάφοροι φυσικοί έχουν θεωρήσει ότι ακόμη και οι παραμικρές αλλαγές στους θεμελιώδεις νόμους της φύσης θα καθιστούσαν αδύνατη την ύπαρξη ζωής. Αυτή η ιδέα, επίσης γνωστή ως το επιχείρημα «Fine-Tuned Universe», υποδηλώνει ότι η εμφάνιση ζωής στο Σύμπαν είναι πολύ ευαίσθητη στις αξίες ορισμένων θεμελιωδών φυσικών. Αλλάξτε οποιαδήποτε από αυτές τις αξίες (όπως λέει η λογική), και η ζωή δεν θα υπήρχε, που σημαίνει ότι πρέπει να είμαστε πολύ τυχεροί που είμαστε εδώ!
Αλλά μπορεί πραγματικά να συμβαίνει αυτό, ή είναι δυνατόν η ζωή να μπορεί να αναδυθεί κάτω από διαφορετικές φυσικές σταθερές, και απλώς να μην το γνωρίζουμε; Αυτή η ερώτηση αντιμετωπίστηκε πρόσφατα από τον Luke A. Barnes, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο Sidney Institute for Astronomy (SIA) στην Αυστραλία. Στο πρόσφατο βιβλίο του, Ένα τυχερό σύμπαν: Ζωή σε έναν καλά συντονισμένο κόσμο , αυτός και ο καθηγητής αστροφυσικής του Σίδνεϊ Geraint F. Lewis υποστήριξαν ότι ένα καλά συντονισμένο Σύμπαν έχει νόημα από φυσική άποψη.
Οι συγγραφείς συνόψισαν επίσης αυτά τα επιχειρήματα σε μια προσκεκλημένη συνεισφορά, η οποία εμφανίστηκε στο Routledge Companion to Philosophy of Physics (1η έκδ.) Σε αυτό το άρθρο, με τίτλο « The Fine-Tuning of the Universe for Life », εξηγεί ο Μπαρνς πώς η «λεπτή ρύθμιση» συνίσταται στην εξήγηση των παρατηρήσεων χρησιμοποιώντας μια «ύποπτα ακριβή υπόθεση». Αυτό, υποστηρίζει, ήταν σύμπτωμα ημιτελών θεωριών σε όλη την ιστορία και είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό της σύγχρονης κοσμολογίας και της σωματιδιακής φυσικής.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη από έναν βραχώδη εξωπλανήτη που περιφέρεται γύρω από το αστέρι HD 85512 που μοιάζει με τον Ήλιο στον νότιο αστερισμό του Vela (Το πανί). Πίστωση: ESO
Από ορισμένες απόψεις, αυτή η ιδέα είναι παρόμοια με την Ανθρωπική Αρχή , το οποίο αναφέρει ότι οποιαδήποτε προσπάθεια εξήγησης των ιδιοτήτων του Σύμπαντος δεν μπορεί να αγνοήσει την ύπαρξή μας ως μορφές ζωής. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με την Κοσμολογική Αρχή – γνωστή και ως. Η Αρχή του Κοπέρνικου, που πήρε το όνομά του από τον Νικόλαο Κοπέρνικο, ο οποίος διατύπωσε το ηλιοκεντρικό μοντέλο του Σύμπαντος – το οποίο δηλώνει ότι δεν υπάρχει τίποτα μοναδικό ή ιδιαίτερο για τους ανθρώπους ή τη θέση μας στο Σύμπαν.
Σε ένα προηγούμενο χαρτί , οι Barnes και Lewis υποστήριξαν ότι η Ανθρωπική Αρχή όχι μόνο αποτελεί περίπτωση αλαζονείας ή «μεταμφιεσμένης θρησκείας», αλλά είναι απαραίτητο μέρος της επιστήμης. Όταν ασχολήθηκαν με τη σύμπτωση μεταξύ της ύπαρξης της ανθρωπότητας και ενός Σύμπαντος που είναι αρκετά παλιό και διέπεται από τη φυσική που ευνοεί την εμφάνιση της νοήμονας ζωής (δηλαδή εμείς), έβγαλαν ένα απλό αξίωμα: «Οποιαδήποτε αναφορά της σύμπτωσης πρέπει να εξετάσει πώς το Σύμπαν δημιουργεί όντα που είναι σε θέση να το μετρήσουν».
Όμως, όπως εξήγησε ο Barnes στο Universe Today μέσω email, υπάρχουν μερικές σημαντικές διαφορές μεταξύ της Ανθρωπικής Αρχής και του Fine-Tuned Universe:
«Καταλαβαίνω τη σχέση μεταξύ της τελειοποίησης και της ανθρωπικής αρχής ως εξής. Ο λεπτός συντονισμός αναφέρεται στο γεγονός ότι μικρές αλλαγές στις σταθερές της φύσης θα είχαν ως αποτέλεσμα ένα σύμπαν ανίκανο να υποστηρίξει τη ζωή. Η Ανθρωπική Αρχή λέει ότι εάν υπάρχουν φυσικές μορφές ζωής, πρέπει να παρατηρήσουν ότι βρίσκονται σε ένα σύμπαν που είναι ικανό να συντηρήσει την ύπαρξή τους».
Θα μπορούσε να υπάρξει ζωή αν οι νόμοι της φυσικής ήταν το παραμικρό διαφορετικοί; Πίστωση: NASA/Serge Brunier
Με άλλα λόγια, ο Μπαρνς δηλώνει ότι η Ανθρωπική Αρχή είναι μια ανεδαφική δήλωση (γνωστός και ως ταυτολογία) που προκύπτει από το «φαινόμενο επιλογής» της δικής μας ύπαρξης. Εφόσον δεν έχουμε πληθυσμό ευφυούς ζωής και πολιτισμών για να διαλέξουμε, η ίδια η αρχή δεν μπορεί να παραποιηθεί. Εν τω μεταξύ, λέει ο Μπαρνς, το επιχείρημα της τελειοποίησης είναι ένα «εκπληκτικό γεγονός για τους νόμους της φύσης όπως τους γνωρίζουμε».
Το επιχείρημα του Fine-Tuned Universe χρονολογείται από τη δεκαετία του 1970, όταν η φυσική άρχισε να σημειώνει ότι μικρές αλλαγές στις θεμελιώδεις σταθερές της φύσης, ή στις αρχικές συνθήκες του Σύμπαντος, θα απέκλειαν τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε. Αν το σύμπαν και οι ίδιοι οι νόμοι της φυσικής είχαν εξελιχθεί διαφορετικά, η σταθερότητα που απαιτείται για να υπάρχουν τα ζωντανά πλάσματα (σε όλη τους την πολυπλοκότητα) δεν θα ήταν δυνατή.
Όμως, όπως σημειώνει ο Μπαρνς στη συνοπτική του εργασία, αυτή η λογική έρχεται σε αντίθεση με το ίδιο παλιό πρόβλημα. Όπως και το γεωκεντρικό μοντέλο της αρχαιότητας, περιέχει ύποπτα ακριβείς υποθέσεις, τις οποίες προχωρά στην εξέταση μία προς μία. Το πρώτο έχει να κάνει με το Κοσμολογική σταθερά (CC), μια ιδέα που πρότεινε ο Αϊνστάιν το 1917 ως προσωρινή προσθήκη στις εξισώσεις πεδίου του για τη Γενική Σχετικότητα. Υποδηλωμένο με τον χαρακτήρα Λάμδα, το CC ήταν μια δύναμη που θα «αντισταθμίσει τη βαρύτητα» και έτσι θα εξασφάλιζε ότι το Σύμπαν παρέμενε στατικό (μια δημοφιλής άποψη εκείνη την εποχή).
Ενώ ο Αϊνστάιν εγκατέλειψε το CC λίγα χρόνια αργότερα όταν έμαθε ότι οι αστρονόμοι είχαν αποδείξει ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, η ιδέα έχει ερμηνευτεί εκ νέου από τη δεκαετία του 1990. Με τη συνειδητοποίηση ότι η κοσμική διαστολή επιταχύνεται, οι φυσικοί άρχισαν να υποθέτουν ότι το CC του Αϊνστάιν θα μπορούσε να είναι η μυστηριώδης δύναμη που είναι γνωστή ως «Σκοτεινή Ενέργεια» (DE). Αυτό οδήγησε στην ευρέως αποδεκτή κοσμολογική θεωρία γνωστή ως μοντέλο Lambda Cold Dark Matter (LCDM).
Μια απεικόνιση της κοσμικής διαστολής. Πίστωση: Εργαστήριο εννοιολογικής εικόνας του Goddard Space Flight Center της NASA
Ωστόσο, το CC αντιπροσωπεύει επίσης ένα από τα πιο σημαντικά θεωρητικά προβλήματα στη σύγχρονη φυσική. Όπως η Σκοτεινή Ύλη, η ύπαρξη του DE ή ενός εκ νέου CC προτάθηκε για να εξηγήσει τη διαφορά μεταξύ των παρατηρήσεων και των θεωρητικών προβλέψεων. Όπως οι «επίκυκλοι» του Πτολεμαίου που χρησιμοποιήθηκαν για τον εξορθολογισμό παρατηρήσεων που δεν συμφωνούσαν με το γεωκεντρικό μοντέλο, το CC είναι μια υπόθεση που είναι «ύποπτα ακριβής».
Επιπλέον, υπάρχουν οι ασυνέπειες που έχει το CC με την κβαντική θεωρία πεδίου (QFT), η οποία περιγράφει τα σωματίδια ως διαμορφώσεις ενός πεδίου. Σύμφωνα με το QFT, μια συγκεκριμένη διαμόρφωση γνωστή ως «κατάσταση κενού» θα εξακολουθεί να υπάρχει απουσία σωματιδίων. Αλλά αν γίνουν πιστευτές οι θεωρίες σχετικά με το CC και το DE, αυτό θα σήμαινε ότι υπάρχει σημαντική ποσότητα ενέργειας στην κατάσταση κενού.
Ο μόνος τρόπος να εξηγηθεί αυτό με όρους αποδεκτούς για το QFT και τη Γενική Σχετικότητα είναι υποθέτοντας ότι οι συνεισφορές της ενέργειας του κενού και των κβαντικών πεδίων ακυρώνουν το καθένα. Για άλλη μια φορά, αυτό απαιτεί μια «ύποπτα ακριβή» σύμπτωση μεταξύ πολλών ανεξάρτητων παραγόντων. Σε άλλο πνεύμα, το Καθιερωμένο Μοντέλο Σωματιδιακής Φυσικής μας λέει ότι η ύλη αποτελείται από 25 διαφορετικούς τύπους υποατομικών σωματιδίων που χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες (Quarks, Leptons, Guage Bosons και Scalar Bosons).
Η ύπαρξη αυτών των σωματιδίων και οι αντίστοιχες ιδιότητές τους (μάζα, φορτίο και σπιν) έχουν όλα επαληθευτεί μέσω αυστηρών πειραματισμών. Η παραμικρή απόκλιση σε οποιαδήποτε από αυτές τις ιδιότητες θα επηρέαζε σημαντικά τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν και συμπεριφέρονται, οδηγώντας στην πλήρη αστάθεια της ύλης. Το ίδιο ισχύει και για τη διάσταση του χωροχρόνου, όπου χρειάζονται τρεις διαστάσεις του χώρου (όπως υποτίθεται από τον Νεύτωνα) για σταθερά άτομα και σταθερές πλανητικές τροχιές.
Διάγραμμα που δείχνει τα στοιχειώδη σωματίδια που απαρτίζουν την ύλη. Πίστωση: CERN
Ένα Σύμπαν με τρεις χωρικές διαστάσεις και μία διάσταση του χρόνου (όπως περιγράφεται από τη Γενική Σχετικότητα) είναι επίσης απαραίτητο. Πλέον, λέει ο Barnes, και τα ατομικά συστήματα δεν θα μπορούσαν να παραμείνουν σταθερά. Με άλλα λόγια, ενώ το CC μπορεί να εγείρει θεωρητικά προβλήματα, το Καθιερωμένο μοντέλο και η διάσταση του χωροχρόνου είναι συνεπείς με το λεπτομερώς συντονισμένο μοντέλο. Όπως το έθεσε ο Μπαρνς:
«Η κοσμολογική σταθερά είναι ανεξήγητη στις εξισώσεις μας και είναι σύμφωνη με ένα σύμπαν που επιτρέπει τη ζωή μόνο σε ένα πολύ μικρό εύρος. Η αξία του είναι μια ακίνητη και ακριβής υπόθεση, στη σταθερά των τυπικών μοντέλων της σωματιδιακής φυσικής και της κοσμολογίας. Πολλές από τις άλλες σταθερές του τυπικού μοντέλου είναι οι ίδιες».
Το ερώτημα, λοιπόν, είναι πώς επιλύει κανείς αυτά τα ζητήματα στα συμβατικά μας μοντέλα; Τι άλλο θα μπορούσε να εξηγήσει το γεγονός ότι το Σύμπαν μας επιτρέπει τη ζωή, ενώ παραλλαγές του μικρότερου είδους θα το καθιστούσαν αδύνατο; Σε αυτό, οι Barnes και Lewis προτείνουν ότι το Multiverse θα μπορούσε να έρθει στη διάσωση. 'Ίσως το πολυσύμπαν - το σύμπαν μας επιτρέπει τη ζωή τυχαία, και υπάρχουν πολλά άλλα ετερόκλητα σύμπαντα εκεί έξω', είπε.
Αλλά στο μεταξύ, υπάρχει ακόμα η πιθανότητα τυχόν ασυνέπειες ή ασυμφωνίες να υποδεικνύουν ποια είναι η αλήθεια. Όπως ο Κοπέρνικος, ο οποίος συνειδητοποίησε ότι οι κινήσεις των πλανητών (που απαιτούσαν επίκυκλους και ισοδύναμες για να έχουν νόημα) ήταν στην πραγματικότητα ένδειξη ότι το μοντέλο ήταν λάθος, η λεπτομέρεια μπορεί να είναι μια ένδειξη της φυσικής πέρα από το τυπικό μοντέλο ή ότι το ίδιο το μοντέλο χρειάζεται αναθεώρηση.
Θα μπορούσε το Σύμπαν μας να είναι μέρος ενός ευρύτερου Πολυσύμπαντος; Και θα μπορούσαν αυτά τα άλλα Σύμπαντα να υποστηρίξουν τη ζωή; Πιστοποίηση: Jaime Salcido/Συνεργασία EAGLE
«Νομίζω ότι η τελειοποίηση γενικά είναι μια ένδειξη για μια βαθύτερη εξήγηση. Οι μικρές πιθανότητες μπορεί να είναι απλώς μικρές πιθανότητες ή μπορεί να δημιουργηθούν από κάποιες εσφαλμένες υποθέσεις», πρόσθεσε ο Μπαρνς. «Το ενδιαφέρον με τη λεπτομέρεια των θεμελιωδών σταθερών είναι ότι βρίσκονται στον κάτω όροφο των επιστημονικών εξηγήσεων αυτή τη στιγμή. Είναι τόσο βαθιά όσο η φυσική (τουλάχιστον, ενώ υποστηρίζεται από στοιχεία.)».
Οι Barnes και Lewis είναι επίσης υπεύθυνοι για The Cosmic Revolutionary's Handbook: (Ή: Πώς να νικήσετε τη Μεγάλη Έκρηξη) , το οποίο περιγράφει περαιτέρω τις θεωρίες τους για την κοσμολογία και το τελειοποιημένο μοντέλο (δημοσιεύτηκε το 2019).
Περαιτέρω ανάγνωση: arXiv