Γιατί το Σύμπαν είναι μόνο τετραδιάστατο;

Το σύμπαν είναι μόνο τετραδιάστατο, επειδή αυτή είναι η επικράτηση μόνο τεσσάρων διαστάσεων που είναι ευνοϊκές για την έναρξη και τη διατήρηση της ευφυούς ζωής.

Στη δεκαετία του 1980, οι φυσικοί ήταν απελπισμένοι να ενοποιήσουν τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος σε μια ενιαία συνολική δύναμη. Η πρώτη τους απόπειρα εξελίχθηκε σε αυτό που ονομαζόταν υπερβαρύτητα, αλλά λόγω πληθώρας ασυνεπειών και ανεπιβεβαίωτων προβλέψεων, έπρεπε να απορριφθεί. Μια άλλη αναδυόμενη θεωρία ήταν η Θεωρία Χορδών.

Γεννημένος στη δεκαετία του 1970, η θεωρία αγνοήθηκε σε μεγάλο βαθμό μέχρι τη δεκαετία του 1980, όταν η δημοτικότητά της αναβίωσε και οι φυσικοί άρχισαν να τη μελετούν σοβαρά. Η θεωρία χορδών παραμένει μια από τις καλύτερες εικασίες μας για την πλήρη κατανόηση των τρόπων του Σύμπαντος, αλλά σύμφωνα με τη θεωρία, το σύμπαν υπάρχει σε 26 διαστάσεις! Ως εκ τούτου, είναι παράξενα ιδιαίτερο ότι είμαστε εκτεθειμένοι μόνο σε τέσσερις από αυτές – τρεις εναλλάξιμες διαστάσεις του χώρου και μία, που ανακαλύφθηκε πριν από έναν αιώνα, του χρόνου.

Φωτογραφία:Sashkin / Shutterstock

Ο παραλογισμός ενοχλούσε τους φιλοσόφους και – αργότερα – τους φυσικούς από τότε, για πάντα. Είναι πολύ περίεργοι για να αποδεχτούν την πραγματικότητα όπως είναι χωρίς κανέναν ενδοιασμό ή σκεπτικισμό. θέλουν να μάθουν γιατί η πραγματικότητα είναι έτσι όπως είναι. Ωστόσο, μια εργασία που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Europhysics Letters (EPL) φαίνεται να αποκαλύπτει γιατί το Σύμπαν μας μπορεί να υπάρχει μόνο σε 4 διαστάσεις.

Πυκνότητα ελεύθερης ενέργειας Helmholtz

Όταν τις βλέπει κανείς από αρκετά μεγάλη απόσταση, οι διαστάσεις παύουν να υπάρχουν. Μόνο όταν βλέπουμε ένα αντικείμενο από κοντινή απόσταση προκύπτει μια διάσταση. Από αρκετή απόσταση, ένα κομμάτι χαρτί φαινόταν να είναι ένα μόνο σημείο, θα φαινόταν μονοδιάστατο. Ωστόσο, όσο πλησιάζουμε, οι τέσσερις πλευρές σταδιακά θα μας αποκαλύπτονται. Τώρα, όταν ερχόμαστε ακόμη πιο κοντά, ανακαλύπτουμε την τρίτη διάσταση:το βάθος.

Η εξέταση της τέταρτης διάστασης είναι, θα συμφωνήσω, ελαφρώς δύσκολη, αλλά αυτό είναι το θέμα ενός άλλου άρθρου. Βασικά, καταλαβαίνουμε ότι νέες ή υψηλότερες διαστάσεις αναδύονται καθώς σκάβουμε όλο και βαθύτερα. Όπως ένα κρεμμύδι, οι διαστάσεις είναι κουλουριασμένες σε πολλαπλές στρώσεις. Υπάρχει μια προφανής υπόθεση ότι όλες οι διαστάσεις επικράτησαν μαζί μόλις ένα κλάσμα της στιγμής μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά για κάποιο λόγο, το σύμπαν αποφάσισε στη συνέχεια να ξεδιπλωθεί και να ισοπεδώσει μόνο τις πρώτες τέσσερις. Οι φυσικοί υποψιάζονται ότι οι άλλες διαστάσεις είναι καμπυλωμένες και τυλιγμένες σε ένα χώρο περίπου ενός εκατομμυρίου εκατομμυρίου εκατομμυρίου εκατομμυρίου εκατομμυριοστού της ίντσας!

Πάχος. Φωτογραφία:Pixabay

Λοιπόν… γιατί μόνο τέσσερις; Λοιπόν, το έγγραφο προτείνει ότι οι άλλοι απαγορεύεται να ξεδιπλωθούν από τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, έναν θεμελιώδη νόμο του σύμπαντος. Σύμφωνα με την εφημερίδα, το νεογέννητο σύμπαν ήταν γεμάτο με ακτινοβολία και πυκνότητα ελεύθερης ενέργειας Helmholtz, μια θερμοδυναμική ποσότητα που ασκεί πίεση στο διάστημα.

Μόλις δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, καθώς το σύμπαν ψύχθηκε στιγμιαία, η πυκνότητα Helmholtz έφτασε στη μέγιστη τιμή της και το σύμπαν αμέσως «πάγωσε». Σε αυτή τη φάση, το σύμπαν, που προηγουμένως υπήρχε σε κάθε διάσταση που πιστεύουμε ότι υπάρχει, περιοριζόταν μόνο σε τέσσερις από αυτές. Ο μόνος τρόπος με τον οποίο το σύμπαν μας θα ξεδιπλωθεί σε περισσότερες διαστάσεις είναι αν υπάρχει πάνω από μια κρίσιμη θερμοκρασία, μια κολασμένη θερμοκρασία που σίγουρα επικράτησε ένα δευτερόλεπτο μετά τη δημιουργία του.

Φωτογραφία:ESO/A. Roquette / Wikipedia Commons

Το εύρημα των φυσικών είναι ανάλογο με τις μεταβάσεις φάσης που υφίσταται το νερό. Ο μόνος τρόπος με τον οποίο ένα κομμάτι πάγου μπορεί να μετατραπεί σε υγρό νερό είναι όταν υποβάλλεται σε θερμότητα. Ενώ αυτή η θεωρία έχει αποκτήσει έλξη μόλις πολύ πρόσφατα, η αρχή προς την οποία στρεφόμαστε πάντα για να απαντήσουμε σε τέτοια περιβόητα διλήμματα είναι η ανθρωπική αρχή.

Η ανθρωπική αρχή

Σύμφωνα με την ανθρωπική αρχή, αν το σύμπαν ήταν διαφορετικό, δεν θα υπήρχαν νοήμονα είδη που αμφισβητούν την κομψή του σύσταση.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής εξηγεί κυρίως γιατί ο χρόνος κινείται μόνο προς μια ενιαία κατεύθυνση, την οποία ονομάζουμε «εμπρός». Ο νόμος προβλέπει ότι η κατεύθυνση του χρόνου στο σύμπαν μας κινείται προς την ίδια κατεύθυνση προς την οποία αυξάνεται η αταξία σε αυτό. Ωστόσο, αυτό το σκεπτικό είναι ελλιπές. Ένα πειστικό επιχείρημα γίνεται αντιληπτό μόνο όταν συνδυάσουμε τον νόμο με την ανθρωπική αρχή. Αυτό είναι ένα απόσπασμα από ένα προηγούμενο άρθρο που έγραψα εξηγώντας γιατί ο χρόνος κινείται μόνο προς μία κατεύθυνση :

"Αν μπορούμε να αναγνωρίσουμε το ρόλο της τύχης στη ζωή ενός λουλουδιού ή ενός φρούτου, γιατί δεν μπορούμε να κάνουμε το ίδιο όταν μιλάμε για τον εαυτό μας;

Αν οι άνεμοι ήταν θυελλώδεις εκείνη την ημέρα ή το χώμα ήταν πιο ανυποχώρητο, το λουλούδι δεν θα μπορούσε να είχε γεννηθεί. Ομοίως, αν οι συνθήκες του σύμπαντος ήταν διαφορετικές, η ευφυής ζωή μπορούσε να ρωτήσει «γιατί ο χρόνος ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση;» δεν θα μπορούσε να έχει φυτρώσει. Βλέπουμε το σύμπαν όπως είναι γιατί, αν ήταν διαφορετικό, δεν θα ήμασταν εδώ για να το παρατηρήσουμε! Αυτό ονομάζεται ανθρωπική αρχή. Ξέρω ότι αυτό φαίνεται κυνικό και δύσκολο να γίνει κατανοητό, αλλά σίγουρα φαίνεται αληθινό, εκτός αν, φυσικά, βρούμε στοιχεία για το αντίθετο.

Μετράμε τον χρόνο προς την κατεύθυνση της αυξανόμενης διαταραχής επειδή ζούμε στη φάση της επέκτασης, τη φάση που ευνοεί την ευφυή ζωή. Αυτό δεν θα ήταν δυνατό στη φάση της συστολής, καθώς η διάρκεια ζωής με δυνατότητα μέτρησης του χρόνου δεν θα ήταν δυνατή κατά τη φάση της συστολής."

Ακριβώς όπως η εντροπία φαίνεται να αυξάνεται και επομένως ο χρόνος μαζί της επειδή το σύμπαν βρίσκεται ακόμα στη φάση διαστολής του, τη φάση που ευνοεί τη βλάστηση της νοήμονας ζωής, βιώνουμε το σύμπαν μόνο σε τέσσερις διαστάσεις, επειδή είναι η επικράτηση μόνο τεσσάρων διαστάσεων. ευνοϊκό για την έναρξη και τη διατήρηση της ευφυούς ζωής.

Αν το σύμπαν ήταν δισδιάστατο, οι οργανισμοί δεν θα μπορούσαν να κινηθούν γύρω ο ένας τον άλλον. Αντίθετα, θα έπρεπε να ξεπεράσουν έναν άλλο οργανισμό ή να γλιστρήσουν κάτω από έναν. Οι περίπλοκοι τρόποι με τους οποίους τα τρόφιμα πέπτονται και διασπώνται ή κυκλοφορεί το αίμα σε όλο το σώμα μας θα ήταν αδύνατο να επιτευχθούν σε σώματα 2D. Εμείς, τα νοήμονα είδη που ρωτάμε γιατί το σύμπαν έχει τέσσερις διαστάσεις, απλά δεν θα υπάρχουμε.

(Φωτογραφία:Edwin Abbott Abbott / Wikimedia Commons)

Στην πραγματικότητα, η ίδια η βιολογία, ακόμη και της απλούστερης τάξης, θα χανόταν, καθώς η γη δεν θα μπορούσε να περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο. Η δύναμη της βαρύτητας μειώνεται κατά τέσσερις φορές όταν η απόσταση μεταξύ δύο σωμάτων διπλασιάζεται, αλλά η πτώση είναι πέντε φορές σε πέντε διαστάσεις και έξι φορές σε έξι διαστάσεις. Σε ένα σύμπαν υψηλότερων διαστάσεων, η Γη μπορεί να μην είναι σε θέση να επιτύχει μια σταθερή τροχιά γύρω από τον ήλιο και, ως εκ τούτου, θα παγώσει μέχρι θανάτου.

Ίσως η βαρυτική συμπίεση και η αέρια διαστολή που σχημάτισαν τον ήλιο να εμφανίζονταν διαφορετικά σε υψηλότερες διαστάσεις, σε σύγκριση με το πώς συμβαίνουν σε τέσσερις διαστάσεις. Ίσως ο ίδιος ο ήλιος να κατέρρεε πρόωρα σε μια μαύρη τρύπα, αν επρόκειτο να πειραματιστούμε με τους νόμους της βαρύτητας. Ακόμη και άτομα σε υψηλότερες διαστάσεις, όπως έχουν βρει οι φυσικοί, δεν θα συγκεντρώνονταν και δεν θα σχημάτιζαν πολύπλοκα μόρια που θα μπορούσαν στη συνέχεια να αποτελέσουν περίπλοκη ζωή.

Η ζωή δεν θα ήταν δυνατή χωρίς τον Ήλιο. (Φωτογραφία:Subham Dey)

Ο Stephen Hawking ανέφερε την ανθρωπική αρχή στο Σύντομη Ιστορία του Χρόνου ενώ εικάζει την παράξενα ιδιαίτερη διάσταση του σύμπαντος. Αν και είναι αναμφισβήτητο, καταλαβαίνουμε τώρα ότι δεν εξηγεί την αιτία του, κάτι που κάνει η δημοσίευση στο EPL. Ωστόσο, η πρόταση δεν έχει ακόμη επικυρωθεί.

Αν τελικά είναι, μπορούμε να διαγράψουμε αυτό το μυστήριο από τη μακρά λίστα μας με τα πολυετή αινίγματα του είδους μας. Αυτό το είδος επιβεβαίωσης θα ήταν επίσης εξαιρετικά ενθαρρυντικό για τους φυσικούς, καθώς θα αντιπροσώπευε ένα τεράστιο άλμα στην προσπάθειά μας να ενοποιήσουμε τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις και τελικά την κατανόησή μας για το πώς γεννήθηκε το σύμπαν, πώς μεγαλώνει και πού μπορεί να κατευθυνθεί. /P>