Er universet finjusteret til livet?

I årtier har forskellige fysikere teoretiseret, at selv de mindste ændringer i de grundlæggende naturlove ville gøre det umuligt for liv at eksistere. Denne idé, også kendt som argumentet "finjusteret univers", antyder, at forekomsten af ​​liv i universet er meget følsom over for værdierne af visse grundlæggende fysik. Ændre nogen af ​​disse værdier (som logikken siger), og livet ville ikke eksistere, hvilket betyder, at vi skal være meget heldige for at være her.

Men kan det virkelig være tilfældet, eller er det muligt, at liv kan opstå under forskellige fysiske konstanter, og vi ved det bare ikke? Dette spørgsmål blev for nylig behandlet af Luke A. Barnes, en postdoc-forsker ved Sidney Institute for Astronomy (SIA) i Australien. I sin bog "A Fortunate Universe:Life in a Finely Tuned Cosmos" argumenterede han og Sydney astrofysikprofessor Geraint F. Lewis for, at et finjusteret univers giver mening fra et fysik synspunkt.

Forfatterne sammenfattede også disse argumenter i et opfordret bidragspapir, som dukkede op i Routledge Companion to Philosophy of Physics (1. udg.) I dette papir, med titlen "The Fine-Tuning of the Universe for Life", forklarer Barnes, hvordan "fin- tuning" består i at forklare observationer ved at anvende en "mistænkeligt præcis antagelse." Dette, hævder han, har været symptomatisk for ufuldstændige teorier gennem historien og er et fælles træk ved moderne kosmologi og partikelfysik.

I nogle henseender ligner denne idé det antropiske princip, som siger, at ethvert forsøg på at forklare universets egenskaber ikke kan ignorere vores eksistens som livsformer. Dette står i skærende kontrast til det kosmologiske princip – også kaldet kopernikansk princip, opkaldt efter Nicolaus Copernicus, som formulerede den heliocentriske model af universet – som siger, at der ikke er noget unikt eller særligt ved mennesker eller vores plads i universet.

I et tidligere papir argumenterede Barnes og Lewis, at langt fra at være et tilfælde af arrogance eller "religion i forklædning", er det antropiske princip en nødvendig del af videnskaben. Da de adresserede sammenfaldet mellem menneskehedens eksistens og et univers, der er gammelt nok og styret af fysik, der favoriserer fremkomsten af ​​intelligent liv (dvs. os), udledte de en simpel maksime:"Enhver beretning om tilfældighederne må overveje, hvordan universet skaber væsener. der er i stand til at måle [det]."

Men som Barnes forklarede til Universe Today via e-mail, er der nogle væsentlige forskelle mellem det antropiske princip og det finjusterede univers:

"Jeg forstår forholdet mellem finjustering og det antropiske princip som følger. Finjustering refererer til, at små ændringer i naturens konstanter ville have resulteret i et univers, der ikke var i stand til at understøtte liv. Det antropiske princip siger, at hvis fysisk liv -former eksisterer, skal de observere, at de er i et univers, der er i stand til at opretholde deres eksistens."

Sagt på en anden måde, fastslår Barnes, at det antropiske princip er et uforfalskbart udsagn (alias en tautologi), der er et resultat af "selektionseffekten" af vores egen eksistens. Da vi ikke har en befolkning af intelligent liv og civilisationer at vælge imellem, kan princippet i sig selv ikke forfalskes. I mellemtiden, siger Barnes, er det finjusterende argument et "overraskende faktum om naturlovene, som vi kender dem."

Det finjusterede universargument går tilbage til 1970'erne, hvor fysikken begyndte at bemærke, at små ændringer i naturens grundlæggende konstanter eller i universets begyndelsesbetingelser ville udelukke liv, som vi kender det. Hvis kosmos og fysikkens love selv havde udviklet sig anderledes, ville den stabilitet, der kræves for at levende væsner kunne eksistere (i al deres kompleksitet), ikke være mulig.

Men som Barnes bemærker i sit resumépapir, støder denne logik på det samme gamle problem. Ligesom antikkens geocentriske model indeholder den mistænkeligt præcise antagelser, som han går videre med at tage fat på én efter én. Den første har at gøre med den kosmologiske konstant (CC), en idé Einstein foreslog i 1917 som en midlertidig tilføjelse til sine feltligninger for generel relativitet. Benævnt ved karakteren Lambda var CC en kraft, der ville "opveje tyngdekraften" og dermed sikre, at universet forblev statisk (en populær opfattelse på det tidspunkt).

Mens Einstein droppede CC et par år senere, da han fandt ud af, at astronomer havde bevist, at universet udvider sig, er ideen blevet genfortolket siden 1990'erne. Med erkendelsen af, at den kosmiske ekspansion accelererer, begyndte fysikere at postulere, at Einsteins CC kunne være den mystiske kraft kendt som "mørk energi" (DE). Dette førte til den bredt accepterede kosmologiske teori kendt som lambda koldt mørkt stof (LCDM) model.

Men CC repræsenterer også et af de mest betydningsfulde teoretiske problemer i moderne fysik. Ligesom mørkt stof blev eksistensen af ​​DE eller en genopfundet CC foreslået for at forklare forskellen mellem observationer og teoretiske forudsigelser. Ligesom Ptolemæus' "epicykler", der blev brugt til at rationalisere observationer, der ikke var i overensstemmelse med den geocentriske model, er CC en antagelse, der er "mistænkeligt præcis."

Derudover er der de uoverensstemmelser CC har med kvantefeltteori (QFT), som beskriver partikler som konfigurationer af et felt. Ifølge QFT vil en bestemt konfiguration kendt som en "vakuumtilstand" stadig eksistere i fravær af partikler. Men hvis man skal tro på teorier om CC og DE, ville det betyde, at der er en betydelig mængde energi i vakuumtilstanden.

Den eneste måde at forklare dette på i termer, der er acceptable for QFT og generel relativitet, er ved at antage, at bidragene fra vakuumenergi og kvantefelter udligner hver især. Endnu en gang kræver dette et "mistænkeligt præcist" sammenfald mellem flere uafhængige faktorer. På en anden måde fortæller standardmodellen for partikelfysik os, at stof består af 25 forskellige typer subatomære partikler opdelt i fire grupper (kvarker, leptoner, målebosoner og skalarbosoner).

Eksistensen af ​​disse partikler og deres respektive egenskaber (masse, ladning og spin) er alle blevet verificeret gennem strenge eksperimenter. Den mindste afvigelse til nogen af ​​disse egenskaber vil i væsentlig grad påvirke, hvordan de interagerer og opfører sig, hvilket fører til fuldstændig ustabilitet af stof. Det samme gælder rumtidens dimensionalitet, hvor tre dimensioner af rummet (som postuleret af Newton) er nødvendige for stabile atomer og stabile planetariske baner.

Et univers med tre rumlige dimensioner og én dimension af tid (som beskrevet af generel relativitetsteori) er også essentielt. Mere, siger Barnes, og atomsystemer kunne ikke forblive stabile. Med andre ord, mens CC kan rejse teoretiske problemer, er standardmodellen og rumtidens dimensionalitet i overensstemmelse med den finjusterede model. Som Barnes udtrykte det:

"Den kosmologiske konstant er uforklarlig i vores ligninger og er kun i overensstemmelse med et liv, der tillader univers i et meget lille område. Dens værdi er en umotiveret og præcis antagelse i konstanten af ​​standardmodellerne for partikelfysik og kosmologi. Mange af de andre konstanter i standardmodellen er de samme."

Spørgsmålet er så, hvordan man løser disse problemer i vores konventionelle modeller? Hvad ellers kunne forklare det faktum, at vores univers tillader liv, mens variationer af den mindste slags ville gøre det umuligt? Til dette foreslår Barnes og Lewis, at Multiverset kunne komme til undsætning. "Måske multiverset – vores univers tillader liv tilfældigt, og der er masser af andre brogede universer derude," sagde han.

Men i mellemtiden er der stadig mulighed for, at eventuelle uoverensstemmelser eller uoverensstemmelser indikerer, hvad sandheden er. Ligesom Copernicus, der indså, at planeternes bevægelser (som krævede epicykler og ækvanter for at give mening) faktisk var en indikation af, at modellen var forkert, kan finjustering være en indikation af fysik ud over standardmodellen, eller at modellen selv har brug for revision.

"Jeg tror, ​​at finjustering generelt er et fingerpeg om en dybere forklaring. Små sandsynligheder kan bare være små sandsynligheder, eller de kan være genereret af nogle forkerte antagelser," tilføjede Barnes. "Det interessante ved finjusteringen af ​​de fundamentale konstanter er, at de er på nederste etage af videnskabelige forklaringer i øjeblikket. De er så dybe, som fysikken går (i hvert fald, mens det er understøttet af beviser)."

Barnes og Lewis er også ansvarlige for "The Cosmic Revolutionary's Handbook:(Eller:How to Beat the Big Bang)," som yderligere beskriver deres teorier om kosmologi og den finjusterede model (udgivet i 2019).