Den nylige opdagelse af gravitationsbølger fra Big Bang, der fødte vores univers, har udløst bølger i astrofysiker og kosmologiske kredse. Nogle glædede sig entusiastisk over den nye opdagelse og hævdede, at den endelig beviste inflationens virkelighed (den såkaldte hurtige udvidelse af universet, der er postuleret af teorien efter Big Bang).
Andre opfordrede til forsigtighed og påpegede, at de påviste bølger delvis kunne have været skyldet andre faktorer end inflation alene. Nogle annoncerede, at disse resultater endelig begravede næsten alle alternative teorier, der blev fremsat for at forklare de observerede egenskaber ved universet, andre advarede mod overdreven hastighed og kaldte først for at "pålideligt bevise" inkonsekvensen af mulige alternativer. På baggrund af denne generelle ophidsede baggrund var talen fra en af de førende moderne kosmologer, Andrei Linde fra Stanford University, særlig interessant.
Han hilste den nye opdagelse velkommen, og sagde, at den ikke kun "fjerner 90 procent af alle andre inflationsmodeller fra diskussion", men også "passer perfekt til teorien om kaotisk inflation", det vil sige den teori, som Linde selv udviklede for ca. 30 år siden. Det var ikke tilfældigt, at Lindes ord vækkede alle hans kollegers særlige interesse. Faktum er, at hvis yderligere test virkelig bekræfter virkeligheden af kaotisk inflation, vil dette betyde, at kosmologi endelig har formået at løse et smertefuldt og grundlæggende spørgsmål, som det ikke har været i stand til at give et tilfredsstillende svar på i mange årtier.
Dette spørgsmål, som du nu vil se, er også grundlæggende for os, almindelige nysgerrige mennesker, fordi det i sin mest primitive form lyder sådan: hvorfor eksisterer vi overhovedet?
Lad mig forklare det nu. Allerede i midten af forrige århundrede blev det bemærket, at de grundlæggende fysiske konstanter (for eksempel elektronladningen, gravitationskonstanten i loven om universel gravitation og en række andre grundlæggende mængder) er ekstremt nøjagtigt justeret for at sikre, at livet i universet kunne eksistere i den form, hvor vi vi ved.
Der er adskillige andre eksempler på en sådan fin tilpasning af naturlovene til antropos behov, det vil sige en person. Lad os sige, at vores liv er baseret på kulstof, og kulstof, som undersøgelsen af processerne til dannelse af kemiske elementer har vist, ikke kunne vises i universet, hvis energiniveauet i atomer, der er lettere end kulstof, elementer adskiller sig selv efter milliarder af, hvad der er på virkelig.
Et andet eksempel, allerede fra rumets geometri: til fremkomst og udvikling af liv er der behov for planeter, der kredser omkring deres stjerner i henhold til tyngdeloven. Og den generelle relativitetsteori viser, at i rummet med to dimensioner ville tyngdekraften være for svag til at holde planeterne i nærheden af stjernerne, og i rummet med fire eller flere dimensioner kan der overhovedet ikke være nogen tyngdekraft.
For antroposerne er det kun det rum med tre dimensioner, som vi ser omkring os. Og der er mange sådanne eksempler. De, der er interesseret, vil jeg henvise til den vidunderlige bog af Barrow og Tippler, "The Cosmological Anthropic Principle."
Salgsfremmende video:
Hvordan forklarer du en sådan subtil pasform? Tilbage i 1973 formulerede den berømte astrofysiker Brandon Carter, der talte på Krakow-konferencen til ære for 500-årsdagen for fødslen af Copernicus, et muligt svar på dette spørgsmål. Dette svar kaldes det "antropiske princip". Han argumenterer for, at i modsætning til den gamle (kopernikanske) tro på, at Jordens placering i rummet ikke er forskellig fra alle andre mulige placeringer i universet, siger Carter,”dens position, selv om den ikke nødvendigvis er central, er stadig noget speciel. ".
Hvad er denne funktion? Det faktum, at naturens love og konstanter i hele den omkringliggende del af universet, der er synlige for os, er nøjagtigt det, der er nødvendigt for fremkomsten af liv og antropos som dens "krone".
Med andre ord, vi optrådte på et så specielt (fra vores synspunkt) sted i universet, hvor kun vi kunne optræde. Hvis vi antager, at der er mange andre hjørner i universet, som vi ikke ser, er det meget muligt, at naturens love og konstanter er forskellige der, liv og menneske kunne ikke vises der, og derfor kan ingen undre sig over, hvorfor naturlovene er omkring ham er sådan, at de udelukker dens forekomst.
Således koges svaret på vores grundlæggende spørgsmål ned på det faktum, at vi eksisterer, fordi der ved noget utroligt lykkeligt tilfældighed i vores del af universet er nøjagtigt sådanne love og naturkonstanter udviklet, hvilket viste sig at være ideelt tilpasset muligheden for vores udseende.
Denne formulering af det antropiske princip blev senere kaldt svag, fordi det er muligt at komme med en stærkere erklæring, der kaldes det stærke antropiske princip. I henhold til dette princip er der ingen andre dele eller steder i universet - det hele opstod straks således, at dets love og konstanter er ens overalt og overalt er nøjagtigt tilpasset muligheden for livets og fornuftens udseende. Dette lyder mere logisk end udsagnet om”forskellige steder” i universet med”forskellige love” (hvorfor skulle det pludselig ?!). Men i denne form ligner det antropiske princip meget historier om den bevidste (guddommelige?) Oprettelse af hele universet for menneskets skyld, og derfor nægtede de fleste videnskabsfolk resolut at acceptere det. Ikke desto mindre var kendsgerningen med den fine pasform tydelig og krævede at blive forklaret. Linde var en af de få, der prøvede for alvor,det vil sige ved hjælp af strenge teoretiske beregninger: kan der virkelig være sådanne scenarier for universets fødsel, der kan forklare dette.
Lad mig minde dig om, at det originale scenarie for Big Bang blev født næsten umiddelbart efter, at Einstein skabte den generelle relativitetsteori, som forbandt tyngdekraften med egenskaberne i rum og tid. Einstein troede, at universet altid er i en stationær tilstand, og tyngdekraften af alle dets legemer til hinanden er afbalanceret af en slags sprængningsfelt (i dag kaldes det feltet for mørk energi).
Men et par år senere opdagede Hubble, at universet faktisk ekspanderer (alle galakser bevæger sig væk fra hinanden) med en bestemt lille, men mærkbar hastighed, som om alle disse galakser engang havde modtaget en indledende impuls og fortsætter med at bevæge sig med inerti (i dag vides det, at feltet med mørk energi endda fremskynder denne bevægelse). Denne oprindelige impuls blev benævnt Big Bang (astrofysiker Hoyle døbte derisisk den Big Bang - "Big Clapperboard").
Big Bang-teorien beskrev universets fødsel og udvikling meget godt. Hun argumenterede for, at universet opstod som en klump af ekstremt varmt og tæt plasma, der gradvist ekspanderede (sammen med dets rum) og gradvist afkøles.
Oprindeligt kunne dets stof ikke opdeles i stof og energi, men da det afkøles, begyndte kraft (energi) -felter at dukke op (adskilt fra hinanden) - nukleare, svage, elektromagnetiske, og sammen med dem begyndte partikler svarende til dem at vises - kvarker, elektroner, neutrinoer osv. Og så til sidst (teorien indikerede, at ca. 380 tusind år efter eksplosionen) afkølede universet sig så meget, at energikvanten ikke længere brød de nyfødte atomer, og derefter faldt stoffet ud af det samlede plasma.
Et tomrum (vakuum) forblev mellem atomerne, som var fyldt med elektromagnetisk stråling af enorm intensitet. Atomer begyndte at klæbe sammen i klumper af stof (til sidst dannelse af de første stjerner og galakser), og den resterende stråling fortsatte med at afkøle, det vil sige fra meget korte bølgelængder til at blive stadig længere bølgelængder (både på grund af energitab i kollisioner med stof, og som et resultat af bølgespænding fra for den fortsatte udvidelse af rummet), og nu er den afkølet til 3 grader Kelvin (dens bølgelængde er allerede flere millimeter). Det blev kaldt rest eller kosmetisk stråling.
Dette slanke og imponerende billede blev strålende bekræftet, da Penzias og Wilson opdagede netop sådan stråling med en temperatur på 2,7 Kelvin og nåede Jorden fra alle sider af himlen, det vil sige fylde hele universet. Men sammen med bekræftelsen kom der et andet spørgsmål, fordi det viste sig, at denne stråling er ensartet, dvs. at den har den samme temperatur i alle retninger, det vil sige i hele universet. Hvordan kan det være? Teorien siger, at Big Bang skete for 13,7 milliarder år siden. Dette betyder, at relikviesstrålingen blev dannet for omkring 13,3 milliarder år siden.
De fjerneste punkter, hvorfra dette lys kan komme til Jorden i dag, kan være 13,3 lysår væk, hvilket betyder, at afstanden mellem to sådanne punkter på modsatte sider af himlen er 26,6 milliarder lysår. Ingen energi kunne bevæge sig fra et sådant punkt til et andet, for til dette ville det være nødvendigt at bevæge sig med dobbelt lysets hastighed, hvilket er umuligt. I mellemtiden viste målinger fra Penzias og Wilson, at disse to punkter udsender reststråling med den samme temperatur, hvilket betyder, at de er i en tilstand af termisk ligevægt.
Denne mærkelighed er blevet kaldt horisontproblemet (fordi begge ovenstående punkter er på kanten eller i horisonten af nutidens univers). I et forsøg på at løse dette problem fremsatte Alan Guth i 1981 idéen om inflation (inflation er også oversat til "inflation", "hævelse"), ifølge hvilken den oprindelige plasmaskoagler, der blev resultatet af Big Bang, var lille, og derfor kunne alle dens dele udveksler energi, kommer til den samme temperatur.
Og så, i en uhyrligt kort tid (10 til minus 35. magt i et sekund), var der en kort, men uhyrligt hurtig inflation af universets rum, der steg til sin nuværende tilsyneladende størrelse (10 til den 23. styrke i km). Det er ikke værd at prøve at visualisere disse numre. Hastigheden af denne inflation steg ufatteligt over lysets hastighed (hvilket dog ikke overtrådte princippet om grænsen for lysets hastighed, fordi der ikke var nogen signaloverførsel gennem rummet, men selve ekspansionen af rummet).
Og selvfølgelig kunne ikke alle dele af universet i denne periode ændre deres tilstand og forblev derfor overalt i en tilstand af termisk ligevægt med hinanden.
Guths inflationsteori løste mere end bare horisontproblemet. På samme tid forklarede hun, hvorfor det observerede univers i gennemsnit vises for os (det vil sige i meget store afstande) praktisk talt homogent og fladt (det vil sige et, hvor lovene i den euklidiske geometri er opfyldt, og ikke, siger, lovene i Riemanns sfæriske geometri eller Lobachevskys hyperboliske geometri).
Groft sagt “rullede” inflationen ud det rullede “tæppe” i det universelle rum, fjernede de mindste afvigelser fra planet og gjorde det til euklidisk og selve universet - homogent.
(For at være streng for skylds skyld i vores tid har opdagelsen af mørkt stof, der i universet er flere gange mere end sædvanligt, rejst problemet med fladhed og ensartethed for forskere på ny, da det viste sig, at mørkt stof er fordelt i rummet anderledes end det sædvanlige, synlige. gav anledning til nye, mere komplekse inflationsteorier, men de har intet at gøre med historien om det antropiske princip i kosmologien.)
Hvad var hovedårsagen til Big Bang og efterfølgende inflation? Ifølge Guth startede det hele med kvantumsvingningerne i vakuumet. Groft sagt er kvantfysik et vakuum ikke et tomrum, men en særlig tilstand for et bestemt felt, hvor energisvingninger kan forekomme. En sådan vibration i kort tid øger feltets energi, og derefter opstår en ustabil tilstand kaldet falsk vakuum.
En sådan tilstand desintegreres ekstremt hurtigt, det vil sige, at den vender tilbage til normal, men under visse betingelser kan et stykke rum, hvori et falskt vakuum opstod og derefter opløst, bruge den energi, der pludselig dukkede op i den til sin hektiske ekspansion, med andre ord til inflation. Ifølge Guth var det netop en sådan proces, der gav anledning til det univers, vi observerer, og det fandt sted i et så mikroskopisk, og derfor homogent og ligevægtsområde, at universet, der opstod derfra, også viste sig, som vi allerede har sagt, homogent og ligevægt.
Desuden var det originale sted så lille, at fysikloverne i det var de samme overalt - så i det øjeblikkeligt oppustede univers forblev de de samme overalt. Og det faktum, at de på samme tid viste sig at være gunstige for fremkomsten af liv og fornuft, er allerede et rent tilfældighed. Svaret gentager i det væsentlige et stærkt antropisk princip, hvilket giver det et strengt videnskabeligt fundament.
Denne konklusion var uacceptabel for Linde, og han forsøgte at generalisere Guths teori. Han afviste sin antagelse om mikroskopicitet og derfor homogeniteten i det oprindelige område, hvor det falske vakuum optrådte, og undersøgte (teoretisk, selvfølgelig), hvad der ville ske, hvis vi betragter et tilstrækkeligt stort areal af rummet, som bestemt ikke kunne være hverken homogent eller energisk ligevægt.
Beregninger førte ham til usædvanligt interessante resultater. Det viste sig, at i dette tilfælde kan kvantefluktuationer af det falske vakuum forekomme forskellige steder i dette område på forskellige tidspunkter og med forskellige intensiteter. På grund af dette vil nogle steder kvælde med en inflationstakt, mens andre enten slet ikke vil ekspandere eller stoppe med at ekspandere tidligt. Der vil ikke opstå et eneste univers som i Guths teori, men en hel bunke universer, hver så store som den eneste Guth.
Og da denne klynge af universer (svarende til universet, kaldte Linde det multivers, det vil sige noget i retning af en "multivers") blev født fra en kaotisk tilstand af vakuum og i kaotisk lidelse, vil den i sig selv være kaotisk, det vil sige det er umuligt at indikere nogen enkelt fødselsøjeblikket, i hvert af dets rum (i hvert separat univers) vil der helt sikkert være sine egne love om rum, tid og natur i nøje overensstemmelse med det svage antropiske princip.
Den nye teori kaldes kaotisk inflation. Udviklingen af det viste Linde i sit arbejde fra 1986, at der i de hurtigt voksende rum i multiverset skulle opstå dets egne kvanteudsving i vakuumet og andre felter, hvilket skulle føre til en kontinuerlig og uendelig inflation af sådanne steder i disse rum, så multiversen skulle gengive sig på ubestemt tid.
Denne proces har ingen begyndelse og ingen ende, og derfor kaldte Linde dette nye grandiose scenarie teorien om evig kaotisk inflation. Denne uendelige inflation vil også være kaotisk i den forstand, at alle nye rum, der opstår i forskellige rum (de er også universer) (de er nye og nye universer), i princippet skulle have forskellige geometrier (inklusive et andet antal rumdimensioner), forskellige egenskaber tid og forskellige typer partikler og felter.
Så det er muligt, at mange af dem har fx seks rumlige dimensioner eller ikke indeholder nogen partikler af stof, og så videre og så videre. (Selvfølgelig er det også meget sandsynligt, at mange af dem - og deres antal er uendelige - vil være ret egnede til opståen af liv og sind, skønt hver i sin egen tid, ikke nødvendigvis sammenfaldende med de andre.)
Og nu hævder Linde (og Guth har allerede udtrykt sin aftale med ham) om, at de nye data om tyngdekraftsbølger bedst falder sammen med forudsigelserne i denne teori om hans.
Som sagt, hvis hans ord endelig bliver bekræftet, vil videnskaben endelig modtage et svar på, hvorfor vi overhovedet eksisterer. Fordi i den uendelige og evige proces med den kaotiske fremkomst af flere og flere nye universer med flere og flere nye love og konstanter, må der en dag (og mere end én gang) have vist sig en, hvor fremkomsten af liv og fornuft blev mulig. Dette vil være en enorm videnskabelig sejr, men naturligvis kun inden for rammerne af fysik og kosmologi. For et komplet svar på spørgsmålet om, hvorfor vi overhovedet eksisterer, kræver naturligvis også en biologisk forklaring af, hvordan livet kunne opstå fra "død" materie og udvikle sig, før fornuftens udseende.
Biologi kan endnu ikke forklare livets opståen entydigt. Hun løber straks ind i problemet med "kylling og æg" her. Proteiner er nødvendige for at reproducere det første DNA, og DNA er nødvendigt for at producere de første proteiner.
De forsøger at omgå denne vanskelighed ved at postulere, at specielle molekyler, RNA, var de første, der kom frem, som var i stand til at katalysere deres egen reproduktion. Denne katalyse førte til fremkomsten af en hel verden af forskellige RNA'er, hvorfra naturlig selektion begyndte at vælge materiale til yderligere komplikationer. Men eksistensen af en sådan autokatalyse er endnu ikke fuldt ud påvist, og vigtigst af alt er det ikke klart, hvorfor udvælgelsen af alle de bedste RNA'er burde have ført til udseendet af proteiner (eller DNA). Moderne biologi oplever også vanskeligheder med at forklare den videre udvikling af livet.
Hun forklarer denne proces ved Darwins teori, hvor evolution præsenteres som en langsom, gradvis og kontinuerlig proces med akkumulering og udvælgelse af tilfældige små ændringer (mutationer) i gener, som derefter finder udtryk i lige så små ændringer i organismer som helhed. På denne måde hævder teorien, fra den første levende celle begyndte forskellige typer celler at udvikle sig, vokse som grene af et træ, derefter opdelt i endnu flere forskellige typer organismer, og så videre op til den person, der kronede dette "livstræ."
I de senere årtier er der imidlertid kommet mange nye fakta, hvilket indikerer, at denne proces i virkeligheden ikke var kontinuerlig. Det var snarere en intermitterende udvikling, hvor korte perioder med det hurtige udseende af nye organismer i en næsten færdig form blev erstattet af lange perioder med deres yderligere finjustering og finere fragmentering i underarter (Eldridge og Gould kaldte denne proces prikket evolution).
Mange forfattere har allerede forsøgt at foretage disse justeringer af den darwinistiske teori, men for nylig er den første generaliserende og meget radikale hypotese dukket op, som "korrigerer" Darwin ved hjælp af Linde!
Denne hypotese tilhører den fremragende moderne biolog Evgeny Kunin fra National Institutes of Health i Bethesda (USA). Det blev fuldt ud beskrevet af ham i hans nylige bog "The Logic of Randomness", og før det - i to artikler med meget bemærkelsesværdige, som du nu 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 eksplosion for de vigtigste overgangsmomenter i evolutionen”. I den første artikel siger Kunin noget lignende:”Modellen for evig inflation, i modsætning til den traditionelle kosmologiske model for et enkelt, unikt univers, antager, at alle mulige sæt oprindelige fysiske forhold tilfældigt kan opstå og gentage utallige gange i forskellige rum i multiverset.
Denne model peger derfor også på muligheden for, at et uendeligt antal af de mest komplekse systemer vises tilfældigt i forskellige sådanne rum, selvom sandsynligheden for hver enkelt forekomst af sådan kompleksitet i hvert separat rum er ekstremt lille. Livet på Jorden er ingen undtagelse fra denne regel. Vi eksisterer, fordi i vores rum af multiverset tilfældigt, dukkede det hele op med molekyler, der gav både reproduktion af DNA og konstruktion af proteiner med dets hjælp på en gang. Teorien om evig inflation siger, at udseendet af en sådan ulykke (som enhver anden) i en evig og uendelig selvmultiplikerende multivers var nødvendig, så den darwinistiske udvikling ikke kræver nogen RNA-verden og i det væsentlige er en uundgåelig konsekvens af det antropiske princip.
I introduktionen til den anden artikel skriver Kunin:”På alle de vigtigste stadier af biologisk evolution gentages det samme scenarie med pludselig udseende af forskellige levende former for et nyt niveau af kompleksitet. Dette var tilfældet med udseendet af de første levende molekyler (RNA og proteiner), de vigtigste virusgrupper, to klasser af protozoer (archaea og bakterier), grundlæggerne af superfamilien af eukaritter (celler med en kerne) og alle dyrefamilier. Man kunne tro, at alle disse punkter er overgangssteder fra en, eksplosiv fase af evolutionær udvikling til en anden, gradvis. Den første, inflationære fase genererer meget hurtigt en lang række nye muligheder for udveksling af genetisk information (horisontal genoverførsel, rekombination, fusion, opdeling osv.), Mens i den anden fase begynder nye livsformer, der er opstået på denne måde, at udvikle sig og forgrene sig. Denne proces ligner fødslen af et nyt univers i teorien om evig kaotisk inflation, hvor som et resultat af den hurtige ekspansion (normalt kaldet Big Bang) fødes et nyt rum i multiverset, som yderligere begynder at udvikle sig i henhold til dets interne love. Derfor kaldte jeg faseovergange, der er skitseret ovenfor i livshistorien "Biologiske Big Bangs."
Begge artikler fortsætter med en detaljeret analyse og bevis på de hypoteser, der er fremsat i dem, men deres genfortælling kræver en separat historie, og vi kan kun håbe, at skæbnen tillader os at vende tilbage til dette. For nu vil jeg kun sige: de svimlende ideer i moderne videnskab afslører bundløse dybder, og naturen tilsyneladende ikke forgæves prøvet så meget og skabte dette instrument for sin selvkendskab.
Raphael Nudelman