Den nylige oppdagelsen av gravitasjonsbølger fra Big Bang som fødte universet vårt, har utløst bølger i astrofysiker og kosmologiske sirkler. Noen ønsket entusiastisk velkommen til den nye oppdagelsen og hevdet at den endelig beviste inflasjonen (den såkalte raske utvidelsen av universet postulert av teorien etter Big Bang).
Andre ba om forsiktighet og påpekte at de oppdagede bølgene delvis kunne ha vært grunnet andre faktorer enn inflasjon alene. Noen kunngjorde at disse resultatene til slutt begravet nesten alle alternative teorier som ble fremmet for å forklare de observerte egenskapene til universet, andre advarte mot overdreven hastverk, og ba først om å "påvise bevise" inkonsekvensen av mulige alternativer. På denne generelle opprørte bakgrunn var talen til en av de ledende moderne kosmologene, Andrei Linde fra Stanford University, spesielt interessant.
Han tok imot den nye oppdagelsen og sa at den ikke bare "fjerner 90 prosent av alle andre inflasjonsmodeller fra diskusjonen", men også "passer perfekt til teorien om kaotisk inflasjon," det vil si teorien som Linde selv utviklet for omtrent 30 år siden. Det var ikke tilfeldig at Lindes ord vakte alle hans kollegers spesielle interesse. Faktum er at hvis ytterligere tester virkelig bekrefter realiteten av kaotisk inflasjon, vil dette bety at kosmologi endelig har klart å løse et smertefullt og grunnleggende spørsmål, som den ikke har vært i stand til å gi et tilfredsstillende svar på i mange tiår.
Dette spørsmålet, som du nå vil se, er også grunnleggende for oss, vanlige nysgjerrige mennesker, fordi det i sin mest primitive form høres slik ut: hvorfor eksisterer vi i det hele tatt?
La meg forklare nå. Allerede i midten av forrige århundre ble det lagt merke til at de grunnleggende fysiske konstantene (for eksempel elektronladningen, gravitasjonskonstanten i loven om universell gravitasjon og en rekke andre grunnleggende mengder) er ekstremt nøyaktig justert for å sikre at livet i universet kunne eksistere i den formen som vi vi vet.
Det er mange andre eksempler på en så fin tilpasning av naturlovene til antropos behov, det vil si en person. La oss si at livet vårt er basert på karbon, og karbon, som studiet av prosessene for dannelse av kjemiske elementer har vist, ikke kunne vises i universet hvis energinivået i atomer som er lettere enn karbon, elementer avviker selv med milliarddeler av hva som er på egentlig.
Et annet eksempel, allerede fra romets geometri: for fremvekst og utvikling av liv, er det behov for planeter som kretser rundt stjernene deres i henhold til tyngdeloven. Og den generelle relativitetsteorien viser at i rommet med to dimensjoner ville tyngdekraften være for svak til å holde planetene nær stjernene, og i løpet av fire eller flere dimensjoner kan det ikke være noen tyngdekraft i det hele tatt.
For antroposene gjenstår bare det rommet med tre dimensjoner, som vi ser rundt oss. Og det er veldig mange slike eksempler. De som er interessert vil jeg referere til den fantastiske boken av Barrow og Tippler, "The Cosmological Anthropic Principle."
Salgsfremmende video:
Hvordan forklarer du en så subtil passform? Tilbake i 1973 formulerte den berømte astrofysikeren Brandon Carter, som holdt tale på Krakow-konferansen til ære for 500-årsjubileet for fødselen av Copernicus, et mulig svar på dette spørsmålet. Dette svaret kalles det "antropiske prinsippet". Han hevder at i motsetning til den gamle (kopernikanske) troen på at jordas plassering i rommet ikke er forskjellig fra alle andre mulige steder i universet, faktisk, sier Carter, “dens posisjon, selv om den ikke nødvendigvis er sentral, er fortsatt noe spesiell. ".
Hva er denne funksjonen? Det faktum at i hele den omkringliggende delen av universet som er synlig for oss, er lovene og konstantene i naturen nøyaktig det som trengs for fremveksten av liv og antropos som dens "krone".
Med andre ord dukket vi opp på et så spesielt (fra vårt synspunkt) sted i universet, hvor bare vi kunne vises. Hvis vi antar at det er mange andre hjørner i universet som vi ikke ser, er det ganske mulig at naturens lover og konstanter er forskjellige der, liv og menneske kunne ikke dukket opp der, og derfor kan ingen lure på hvorfor naturlovene er rundt ham er slik at de utelukker forekomsten.
Dermed koker svaret på vårt grunnleggende spørsmål ned til det faktum at vi eksisterer, fordi ved en eller annen utrolig lykkelig tilfeldighet i vår del av universet, har nøyaktig slike lover og konstanter i naturen utviklet seg, som viste seg å være ideelt tilpasset muligheten for vårt utseende.
Denne formuleringen av det antropiske prinsippet ble senere kalt svakt, fordi det er mulig å komme med en sterkere uttalelse, som kalles det sterke antropiske prinsippet. I henhold til dette prinsippet er det ingen andre deler eller steder i universet - det hele oppstod umiddelbart og slik at dets lover og konstanter er de samme overalt og overalt nøyaktig tilpasset muligheten for livets og fornuftens utseende. Dette høres mer logisk ut enn utsagnet om “forskjellige steder” i universet med “forskjellige lover” (hvorfor skulle det plutselig ?!). Men i denne formen ligner det antropiske prinsippet historier om den bevisste (guddommelige?) Skapelsen av hele universet for menneskets skyld, og derfor nektet de fleste forskere resolutt å godta det. Likevel var faktumet med den fine passformen tydelig og krevde å bli forklart. Linde var en av få som prøvde på alvor,det vil si, ved hjelp av strenge teoretiske beregninger, sjekk: kan det virkelig være slike scenarier for universets fødsel som kan forklare dette?
La meg minne deg om at det opprinnelige scenariet med Big Bang ble født nesten umiddelbart etter at Einstein opprettet den generelle relativitetsteorien, som koblet tyngdekraften med egenskapene til rom og tid. Einstein mente at universet alltid er i en stasjonær tilstand, og tyngdekraften til alle kroppene til hverandre blir balansert av et slags sprengningsfelt (i dag kalles det feltet for mørk energi).
Men noen år senere oppdaget Hubble at universet faktisk ekspanderer (alle galakser beveger seg vekk fra hverandre) med en viss liten, men merkbar hastighet, som om alle disse galaksene en gang hadde fått en viss innledende impuls og fortsetter å bevege seg med treghet (i dag er det kjent at feltet med mørk energi til og med akselererer denne bevegelsen). Denne innledende impulsen ble kalt Big Bang (astrofysiker Hoyle døpte derisively Big Bang - "Big Clapperboard").
Big Bang-teorien beskrev universets fødsel og utvikling veldig godt. Hun argumenterte for at universet oppsto som en klump med ekstremt varmt og tett plasma, som gradvis utvidet seg (sammen med dets rom) og gradvis avkjøles.
Opprinnelig kunne dets materiale ikke deles inn i materie og energi, men da det avkjølte begynte kraft (energi) felt å vises (atskilt fra hverandre) - kjernefysiske, svake, elektromagnetiske, og sammen med dem begynte de tilsvarende partiklene å vises - kvarker, elektroner, nøytrinoer, osv. Og til slutt (teorien indikerte at omtrent 380 tusen år etter eksplosjonen) avkjølte universet seg så mye at energikvanten ikke lenger brakk de nyfødte atomene, og da falt stoffet ut av det totale plasmaet.
Det ble igjen et tomrom (vakuum) mellom atomene, som var fylt med elektromagnetisk stråling med enorm intensitet. Atomer begynte å feste seg sammen i klumper av materie (til slutt danne de første stjerner og galakser), og den gjenværende strålingen fortsatte å avkjøle seg, det vil si fra veldig korte bølgelengder til å bli stadig lengre bølgelengder (både på grunn av energitap i kollisjoner med materie, og som et resultat av bølgedrag fra for fortsatt utvidelse av rommet), og nå er den avkjølt til 3 grader Kelvin (bølgelengden er allerede flere millimeter). Det ble kalt gjenværende, eller reliksjons kosmisk stråling.
Dette slanke og imponerende bildet ble strålende bekreftet da Penzias og Wilson oppdaget nettopp en slik stråling med en temperatur på 2,7 Kelvin og nådde jorden fra alle sider av himmelen, det vil si å fylle hele universet. Men sammen med bekreftelsen kom et annet spørsmål, fordi det viste seg at denne strålingen er ensartet, det vil si at den har samme temperatur i alle retninger, det vil si i hele universet. Hvordan kan det ha seg? Teorien sier at Big Bang skjedde for 13,7 milliarder år siden. Dette betyr at relikvienes stråling ble dannet for rundt 13,3 milliarder år siden.
De fjerneste punktene dette lyset kan komme til Jorden i dag kan være 13,3 lysår unna, noe som betyr at avstanden mellom to slike punkter på motsatte sider av himmelen er 26,6 milliarder lysår. Ingen energi kunne bevege seg fra et slikt punkt til et annet, for for dette ville det trenge å bevege seg med dobbelt lysets hastighet, noe som er umulig. I mellomtiden viste målinger fra Penzias og Wilson at disse to punktene avgir reststråling med samme temperatur, noe som betyr at de er i en tilstand av termisk likevekt.
Denne oddigheten har blitt kalt horisontproblemet (fordi begge punktene ovenfor er på kanten, eller i horisonten, av dagens univers). I et forsøk på å løse dette problemet fremmet Alan Guth i 1981 ideen om inflasjon (inflasjon blir også oversatt som "inflasjon", "hevelse"), i henhold til hvilken den opprinnelige plasmaskoalet som følge av Big Bang var liten, og derfor kunne alle dens deler kunne bytter energi, kommer til samme temperatur.
Og så, på en uhyrlig kort tid (10 til minus 35. makt på et sekund), var det en kort, men uhyrlig rask oppblåsing av verdensrommet, som økte til dets nåværende tilsynelatende dimensjoner (10 til den 23. makt på km). Det er ikke verdt å prøve å visualisere disse tallene. Hastigheten for denne oppblåsingen overskred uten tvil hastigheten på lyset (som imidlertid ikke brøt med prinsippet om grensen for lysets hastighet, fordi det ikke var signaloverføring gjennom rommet, men selve ekspansjonen av rommet).
Og selvfølgelig, i løpet av denne tiden kunne ikke alle deler av universet endre sin tilstand, og forble derfor overalt i en tilstand av termisk likevekt med hverandre.
Guths inflasjonsteori løste mer enn bare horisontproblemet. Samtidig forklarte hun hvorfor det observerte universet vises for oss i gjennomsnitt (det vil si på veldig store avstander), praktisk talt homogent og flatt (det vil si en der lovene i den euklidiske geometrien blir oppfylt, og ikke, si, lovene i Riemanns sfæriske geometri eller Lobachevskys hyperbolske geometri).
Grovt sett “rullet” inflasjonen ut det valsede “teppet” i det universelle rommet, og fjernet de minste avvikene fra planet og gjorde det til euklidisk, og universet selv - homogent.
(For å være streng, for skyld i vår tid, har oppdagelsen av mørk materie, som i universet er flere ganger mer enn vanlig, løftet problemet med flathet og ensartethet for forskere på nytt, siden det viste seg at mørk materie er fordelt i rommet annerledes enn det vanlige, synlige. ga opphav til nye, mer komplekse inflasjonsteorier, men de har ingenting å gjøre med historien til det antropiske prinsippet i kosmologi.)
Hva var grunnårsaken til Big Bang og påfølgende inflasjon? I følge Guth startet det hele med kvantumsvingningene i vakuumet. Grovt sett, i kvantefysikk, er et vakuum ikke et tomrom, men en spesiell tilstand for et bestemt felt der energisvingninger kan oppstå. En slik vibrasjon i kort tid øker energien i feltet, og da oppstår en ustabil tilstand kalt falsk vakuum.
En slik tilstand går i oppløsning ekstremt raskt, det vil si at den går tilbake til det normale, men under visse forhold kan et stykke rom der et falskt vakuum oppsto og deretter oppløst, bruke energien som plutselig dukket opp i den for sin hektiske utvidelse, med andre ord til inflasjon. I følge Guth var det nettopp en slik prosess som ga opphav til universet vi observerer, og den fant sted i et så mikroskopisk, og derfor homogent og likevektsområde, at universet som oppsto fra det også viste seg, som vi allerede har sagt, homogent og likevekt.
Dessuten var det opprinnelige stedet så lite at fysikkens lover i det var de samme overalt - så i det øyeblikkelig oppblåste universet forble de de samme overalt. Og det at de samtidig viste seg å være gunstige for fremveksten av liv og fornuft, er allerede et rent tilfeldighet. Svaret gjentar i det vesentlige et sterkt antropisk prinsipp, og gir det et strengt vitenskapelig grunnlag.
Denne konklusjonen var uakseptabel for Linde, og han prøvde å generalisere Guths teori. Han avviste sin antagelse om mikroskopisitet, og derfor homogeniteten i det innledende området der det falske vakuumet dukket opp, og undersøkte (teoretisk, selvfølgelig) hva som ville skje hvis vi vurderer et tilstrekkelig stort romområde, som absolutt ikke kunne være verken homogen eller energisk likevekt.
Beregninger førte ham til uvanlig interessante resultater. Det viste seg at i dette tilfellet kan kvantumsvingninger i det falske vakuumet oppstå forskjellige steder i dette området til forskjellige tider og med forskjellige intensiteter. På grunn av dette vil noen steder svulme opp med en inflasjonsrate, mens andre ikke vil utvide i det hele tatt eller slutte å utvide tidlig. Det vil ikke oppstå et eneste univers, som i Guths teori, men en hel haug med universer, som er like store som den eneste Guth.
Og siden denne klyngen av universer (ligner universet, kalte Linde det multiverse, det vil si noe som en "multiverse") ble født fra en kaotisk tilstand av vakuum og i kaotisk lidelse, vil den i seg selv være kaotisk, det vil si at det er umulig å indikere noen enkelt fødselsøyeblikket, i hvert av rommene (i hvert separate univers), vil det helt sikkert være egne lover om rom, tid og natur i strengt samsvar med det svake antropiske prinsippet.
Den nye teorien kalles kaotisk inflasjon. Ved å utvikle den viste Linde i sitt arbeid fra 1986 at det i de raskt voksende avdelingene i multiverset skulle oppstå egne kvantesvingninger i vakuumet og andre felt, noe som skulle føre til en kontinuerlig og endeløs inflasjon av slike steder i disse avdelingene, slik at multiversen skulle reprodusere seg på ubestemt tid.
Denne prosessen har ingen begynnelse og ingen ende, og derfor kalte Linde dette nye grandiose scenariet teorien om evig kaotisk inflasjon. Denne uendelige inflasjonen vil også være kaotisk i den forstand at alle nye avdelinger som oppstår i forskjellige rom (de er også universer) (de er nye og nye universer), i prinsippet, bør ha forskjellige geometrier (inkludert et annet antall romdimensjoner), forskjellige egenskaper tid og forskjellige typer partikler og felt.
Så det er mulig at mange av dem har, for eksempel, seks romlige dimensjoner eller ikke inneholder noen partikler av materie, og så videre og så videre. (Selvfølgelig er det også ganske sannsynlig at mange av dem - og antallet er uendelig - vil være ganske passende for fremveksten av liv og sinn, selv om hver i sin egen tid, ikke nødvendigvis sammenfaller med de andre.)
Og nå hevder Linde (og Guth har allerede uttrykt enighet med ham) om at de nye dataene om gravitasjonsbølger best faller sammen med spådommene i denne teorien om hans.
Som jeg sa, hvis ordene hans endelig blir bekreftet, vil vitenskapen endelig få svar på hvorfor vi i det hele tatt eksisterer. Fordi i den endeløse og evige prosessen med den kaotiske fremveksten av flere og flere nye universer med flere og flere nye lover og konstanter, må det en dag (og mer enn en gang) ha dukket opp en der fremveksten av liv og fornuft ble mulig. Dette vil være en enorm vitenskapelig seier, men selvfølgelig bare innenfor rammen av fysikk og kosmologi. For et fullstendig svar på spørsmålet om hvorfor vi i det hele tatt eksisterer, krever selvfølgelig en biologisk forklaring på hvordan livet kan oppstå fra "død" materie og utvikle seg før fornuftens utseende.
Biologi kan ennå ikke forklare fremveksten av liv entydig. Hun støter øyeblikkelig på "kylling og egg" -problemet her. Proteiner er nødvendig for å reprodusere det første DNA, og DNA er nødvendig for å produsere de første proteinene.
De prøver å komme seg rundt denne vanskeligheten ved å postulere at spesielle molekyler, RNA, var de første som dukket opp, som var i stand til å katalysere deres egen reproduksjon. Denne katalysen førte til fremveksten av en hel verden av forskjellige RNA, hvorfra naturlig seleksjon begynte å velge materiale for videre komplikasjoner. Men eksistensen av slik autokatalyse er ennå ikke fullt ut påvist, og viktigst av alt er det ikke klart hvorfor utvelgelsen av alle de beste RNA-ene burde ha ført til utseendet på proteiner (eller DNA). Moderne biologi opplever også vanskeligheter med å forklare den videre utviklingen av livet.
Hun forklarer denne prosessen ved Darwins teori, der evolusjonen presenteres som en langsom, gradvis og kontinuerlig prosess med akkumulering og utvalg av tilfeldige små endringer (mutasjoner) i gener, som deretter finner uttrykk i like små endringer i organismer som helhet. På denne måten hevder teorien, fra den første levende cellen, begynte forskjellige typer celler å utvikle seg, vokse som grener av et tre, deretter delt inn i enda flere typer organismer, og så videre opp til personen som kronet dette "livets tre."
De siste tiårene har imidlertid mange nye fakta samlet seg, noe som indikerer at denne prosessen i realiteten ikke var kontinuerlig. Snarere var det en periodisk evolusjon, der korte perioder med det raske utseendet til nye organismer i en nesten ferdig form ble erstattet av lange perioder med videre finjustering og finere fragmentering til underarter (Eldridge og Gould kalte denne prosessen stiplet evolusjon).
Mange forfattere har allerede prøvd å gjøre disse justeringene av den darwinistiske teorien, men ganske nylig har den første generaliserende og veldig radikale hypotesen dukket opp, som "korrigerer" Darwin ved hjelp av Linde!
Denne hypotesen tilhører den fremragende moderne biologen Evgeny Kunin fra National Institutes of Health i Bethesda (USA). Det ble fullstendig beskrevet av ham i hans nylige bok "The Logic of Randomness", og før det - i to artikler med veldig bemerkelsesverdige, som du nå vil se, titler: "The Cosmological Model of Eternal Inflation and the Transition from Randomness to Evolution in the History of Life" og "The Model of the Biological Big eksplosjon for de viktigste overgangsmomentene i evolusjonen. I den første artikkelen sier Kunin noe slik: “Modellen for evig inflasjon, i motsetning til den tradisjonelle kosmologiske modellen til et enkelt, unikt univers, antyder at alle mulige sett med opprinnelige fysiske forhold kan tilfeldig oppstå og gjenta utallige ganger i forskjellige rom i multiverset.
Denne modellen peker derfor også på muligheten for at et uendelig antall av de mest komplekse systemene vises tilfeldig i forskjellige slike rom, selv om sannsynligheten for hver enkelt forekomst av slik kompleksitet i hvert separat rom er ekstremt liten. Livet på jorden er ikke noe unntak fra denne regelen. Vi eksisterer fordi i vårt rom med mangfoldet, ved en tilfeldighet, dukket hele settet med molekyler som ga både reproduksjon av DNA og konstruksjon av proteiner med sin hjelp på en gang. Teorien om evig inflasjon sier at i en evig og uendelig selvmultiverende multivers, var utseendet til en slik ulykke (som alle andre) nødvendig, slik at den darwinistiske evolusjonen ikke krever noen RNA-verden og i essens er en uunngåelig konsekvens av det antropiske prinsippet.
I innledningen til den andre artikkelen skriver Kunin: “I alle hovedstadier av biologisk evolusjon gjentas det samme scenariet med det plutselige utseendet til forskjellige levende former for et nytt nivå av kompleksitet. Dette var tilfelle med utseendet til de første levende molekylene (RNA og proteiner), de viktigste virusgruppene, to klasser protozoer (archaea og bakterier), grunnleggerne av superfamilien av eukaritter (celler med en kjerne) og alle dyrefamilier. Man kan tro at alle disse punktene er overgangssteder fra en, eksplosiv fase av evolusjonsutvikling til en annen, gradvis. Den første, inflasjonære fasen genererer veldig raskt et stort utvalg av nye muligheter for utveksling av genetisk informasjon (horisontal genoverføring, rekombinasjon, fusjon, deling, etc.), mens i den andre fasen begynner nye livsformer som har oppstått på denne måten å utvikle seg og forgrene seg. Denne prosessen ligner på fødselen av et nytt univers i teorien om evig kaotisk inflasjon, der som et resultat av den raske ekspansjonen (vanligvis kalt Big Bang) blir et nytt rom i multiversen født, som videre begynner å utvikle seg i henhold til dets interne lover. Derfor kalte jeg faseovergangene som er skissert ovenfor i livshistorien "Biologiske store smell".
Begge artiklene fortsetter med en detaljert analyse og bevis på hypotesene som er fremmet i dem, men gjenfortelling av dem krever en egen historie, og vi kan bare håpe at skjebnen vil tillate oss å komme tilbake til dette. Foreløpig vil jeg bare si: de svimlende ideene i moderne vitenskap avslører bunnløse dybder, og naturen, tilsynelatende, ikke forgjeves prøvd så mye, skaper dette instrumentet for sin selvkunnskap.
Raphael Nudelman
