Hvorfor lever vi i et univers med tre romlige og en tidsdimensjon - 3 + 1, som kosmologer vil si? Hvorfor akkurat denne kombinasjonen, og ikke 4 + 2 eller 2 + 1? I løpet av det siste tiåret har fysikere undersøkt dette spørsmålet mange ganger, og tenkt på andre universer med forskjellige egenskaper for å forstå om komplekst liv kunne eksistere i dem eller ikke. Og de kom uunngåelig til den konklusjon at det ikke kunne eksistere i et univers med fire romlige dimensjoner eller to tidsmessige. Så mennesker vil uunngåelig havne (og havne) i et 3 + 1 univers.
Dette er det antropiske argumentet: ideen om at universet må ha egenskapene som er nødvendige for å overleve observatører.
Hvordan ser et todimensjonalt univers ut?
Men hva med enklere universer som 2 + 1? Fysikere teoretiserte at de to dimensjonene i rommet kanskje ikke gir nok kompleksitet til å støtte livet. De tror også at tyngdekraften ikke vil fungere i to dimensjoner, slik at objekter som solsystemet ikke kan danne seg. Men er det virkelig slik?
James Scargill fra University of California i Davis, i motsetning til alle forventninger, viste at et 2 + 1-dimensjonalt univers kunne støtte både tyngdekraften og det kompliserte livet. Arbeidene hans undergraver det antropiske argumentet for kosmologer og filosofer, som vil måtte se etter en annen grunn til at universet tar den formen det tar.
Først litt bakgrunn. Et av de store vitenskapelige mysteriene er hvorfor fysikkens lover ser ut til å være skjerpet (eller finjustert) for livet. For eksempel virker den numeriske verdien av finstrukturkonstanten vilkårlig (omtrent 1/137), og likevel har forskjellige fysikere påpekt at hvis den til og med var litt annerledes, ville atomer og mer komplekse objekter ikke kunne ha dannet seg. I et slikt univers ville livet være umulig.
Den antropiske tilnærmingen er at hvis den fine strukturen konstant tok på seg noen annen verdi, ville det ikke være noen observatører som kunne måle den. Dette er grunnen til at den har den verdien vi måler!
Salgsfremmende video:
På 1990-tallet utviklet Max Tegmark, nå fysiker ved Massachusetts Institute of Technology, et lignende argument for antall dimensjoner i universet. Han argumenterte for at hvis det var mer enn en tidsdimensjon, ville ikke fysikkens lover ha de egenskapene som observatører trenger å forutsi. Dette vil definitivt utelukke eksistensen av fysikere og muligens selve livet.
La oss nå gå videre til egenskapene til universer med fire romlige dimensjoner. I et slikt rom ville Newtons bevegelseslover være veldig følsomme for små forstyrrelser. En konsekvens av dette er at stabile baner ikke kunne dannes, så det ville ikke være solsystemer eller andre lignende strukturer. "I et rom med mer enn tre dimensjoner kan det ikke være tradisjonelle atomer og muligens stabile strukturer," sier Tegmark.
Dermed virker forholdene for livet usannsynlige i universer med flere dimensjoner enn våre. Men argumentet er at univers med færre dimensjoner er mindre sikre.
Det er en oppfatning at den generelle relativitetsteorien ikke fungerer i to dimensjoner, derfor kan det ikke være noen tyngdekraft.
Men James Scargill tenker annerledes. I sin artikkel viser han at et mye enklere, rent skalær gravitasjonsfelt kan være mulig i to dimensjoner, og dette vil gi rom for stabile baner og intelligent kosmologi. Det gjenstår bare å vise hvordan kompleksitet kan oppstå i 2 + 1 dimensjoner. Scargill nærmer seg dette problemet med tanke på nevrale nettverk. Han påpeker at kompleksiteten i biologiske nevrale nettverk kan være preget av forskjellige spesielle egenskaper som ethvert 2D-system må reprodusere.
Blant dem er egenskapen "liten verden", en kommunikasjonsmodell som lar deg krysse et komplekst nettverk i noen få små trinn. En annen egenskap ved hjernenettverk er at de opererer i en modus som er delikat balansert mellom overgangen fra høy aktivitet til lav aktivitet - kritisitetsmodus. Dette ser også ut til å være mulig i nettverk med et modulært hierarki, der små undernett kombineres til større nettverk.
Spørsmålet Scargill stiller seg er om det er noen 2D-nettverk som har alle disse funksjonene - små verdensegenskaper, modulært hierarki og kritisk oppførsel.
Dette virker usannsynlig med det første, fordi i 2D-grafer er noder koblet gjennom kanter som skjærer hverandre. Men Scargill viser at 2D-nettverk faktisk kan bygges på en modulær måte, og at disse grafene har visse egenskaper i liten verden.
Han viser også at disse nettverkene kan operere på et overgangspunkt mellom to atferd, og på den måten demonstrere kritikk. Og dette er et fantastisk resultat, noe som antyder at 2D-nettverk faktisk kan støtte overraskende kompleks oppførsel. Dette beviser selvfølgelig ikke at 2 + 1-universet faktisk kan støtte livet. Det vil ta mer arbeid å finne ut det med sikkerhet.
