Hvorfor lever vi i et univers med tre rumlige og en tidsdimension - 3 + 1, som kosmologer ville sige? Hvorfor nøjagtigt denne kombination, og ikke 4 + 2 eller 2 + 1? I løbet af det sidste årti har fysikere udforsket dette spørgsmål mange gange og overvejet andre universer med forskellige egenskaber for at forstå, om komplekst liv kunne eksistere i dem eller ej. Og de kom uundgåeligt til den konklusion, at det ikke kunne eksistere i et univers med fire rumlige dimensioner eller to tidsmæssige dimensioner. Så mennesker vil uundgåeligt ende (og ende) i et 3 + 1 univers.
Dette er det antropiske argument: ideen om, at universet skal have de egenskaber, der er nødvendige for observatørers overlevelse.
Hvordan ser et to-dimensionelt univers ud?
Men hvad med enklere universer som 2 + 1? Fysikere teoretiserede, at de to dimensioner af rummet muligvis ikke giver tilstrækkelig kompleksitet til at støtte livet. De mener også, at tyngdekraften ikke vil fungere i to dimensioner, så objekter som solsystemet ikke kan dannes. Men er det virkelig sådan?
James Scargill fra University of California i Davis viste i modsætning til alle forventninger, at et 2 + 1-dimensionelt univers kunne understøtte både tyngdekraften og det komplekse liv. Hans arbejde undergraver det antropiske argument for kosmologer og filosoffer, som bliver nødt til at se efter en anden grund til, at universet tager den form, det tager.
Først lidt baggrund. Et af de store videnskabelige mysterier er grunden til, at fysiklovene ser ud til at være skærpet (eller finjusteret) for livet. F.eks. Virker den numeriske værdi af den fine strukturkonstant vilkårlig (ca. 1/137), og alligevel har forskellige fysikere påpeget, at hvis det endda var lidt anderledes, kunne atomer og mere komplekse objekter ikke have dannet sig. I et sådant univers ville livet være umuligt.
Den antropiske tilgang er, at hvis den fine struktur konstant påtager sig nogen anden værdi, ville der ikke være nogen observatører, der kunne måle den. Derfor har den den værdi, vi måler!
Salgsfremmende video:
I 1990'erne udviklede Max Tegmark, nu en fysiker ved Massachusetts Institute of Technology, et lignende argument for antallet af universets dimensioner. Han argumenterede for, at hvis der var mere end en tidsdimension, ville fysiklovene ikke have de egenskaber, som observatører har brug for at forudsige. Dette vil helt sikkert udelukke eksistensen af fysikere og muligvis selve livet.
Lad os nu gå videre til egenskaberne ved universer med fire rumlige dimensioner. I et sådant rum ville Newtons bevægelseslove være meget følsomme over for små forstyrrelser. En konsekvens af dette er, at stabile kredsløb ikke kunne dannes, så der ikke ville være nogen solsystemer eller andre lignende strukturer.”I et rum med mere end tre dimensioner kan der ikke være traditionelle atomer og muligvis stabile strukturer,” siger Tegmark.
Således virker forholdene for livet usandsynlige i universer med flere dimensioner end vores. Men argumentet er, at universer med færre dimensioner er mindre sikre.
Der er en opfattelse af, at den generelle relativitetsteori ikke fungerer i to dimensioner, derfor kan der ikke være nogen tyngdekraft.
Men James Scargill tænker anderledes. I sin artikel viser han, at et meget enklere, rent skalær gravitationsfelt kan være muligt i to dimensioner, og dette ville give mulighed for stabile kredsløb og intelligent kosmologi. Det gjenstår kun at vise, hvordan kompleksitet kan opstå i 2 + 1. dimensioner. Scargill nærmer sig dette problem med hensyn til neurale netværk. Han påpeger, at kompleksiteten af biologiske neurale netværk kan karakteriseres af forskellige specielle egenskaber, som ethvert 2D-system skal gengive.
Blandt dem er egenskaben "lille verden", en kommunikationsmodel, der giver dig mulighed for at krydse et komplekst netværk i et par små trin. En anden egenskab ved hjernenetværk er, at de fungerer i en tilstand, der er afbalanceret afbalanceret mellem overgangen fra høj aktivitet til lav aktivitet - kritisk tilstand. Dette ser ud til kun at være muligt i netværk med et modulopbygget hierarki, hvor små undernet kombineres til større netværk.
Spørgsmålet Scargill stiller sig er, om der er nogen 2D-netværk, der har alle disse funktioner - små verdensegenskaber, modulært hierarki og kritisk opførsel.
Dette ser ud til at være usandsynligt til at begynde med, fordi i 2D-grafer er knudepunkter forbundet gennem kanter, der skærer hinanden. Men Scargill viser, at 2D-netværk faktisk kan bygges på en modulær måde, og at disse grafer har visse egenskaber i mindre verden.
Han viser også, at disse netværk kan fungere på et overgangspunkt mellem to adfærd og således demonstrere kritik. Og dette er et fantastisk resultat, hvilket antyder, at 2D-netværk faktisk kan understøtte overraskende kompleks opførsel. Naturligvis beviser dette ikke, at 2 + 1-universet faktisk kan støtte livet. Det vil kræve mere arbejde at finde ud af det med sikkerhed.