Защо живеем във вселена с три пространствени и едно времеви измерения - 3 + 1, както биха казали космолозите? Защо точно тази комбинация, а не 4 + 2 или 2 + 1? През последното десетилетие физиците са изследвали този въпрос много пъти, обмисляйки други вселени с различни свойства, за да разберат дали сложният живот може да съществува в тях или не. И неизбежно стигнаха до извода, че тя не може да съществува във вселена с четири пространствени измерения или две времеви. Така хората неизбежно ще се озоват (и ще се озоват) във 3 + 1 вселена.
Това е антропичният аргумент: идеята, че Вселената трябва да има свойствата, необходими за оцеляването на наблюдателите.
Как изглежда двуизмерна Вселена?
Но какво да кажем за по-прости вселени като 2 + 1? Физиците теоретизираха, че двете измерения на пространството може да не осигуряват достатъчно сложност, за да поддържат живота. Те също така вярват, че гравитацията няма да работи в две измерения, така че обекти като слънчевата система не могат да се образуват. Но наистина ли е така?
Джеймс Скаргил от Калифорнийския университет в Дейвис, противно на всички очаквания, показа, че 2 + 1-измерена вселена може да поддържа както гравитацията, така и сложния живот. Работата му подкопава антропичния спор за космолозите и философите, които ще трябва да търсят друга причина, поради която Вселената приема формата, в която е приела.
Първо, малко предистория. Една от големите научни мистерии е защо законите на физиката като че ли са изострени (или прецизно настроени) за цял живот. Например, числовата стойност на константата на фината структура изглежда произволна (около 1/137) и въпреки това различни физици посочват, че ако тя е била малко по-различна, атомите и по-сложните обекти не биха могли да се образуват. В такава вселена животът би бил невъзможен.
Антропичният подход е, че ако константата на фината структура придобие друга стойност, нямаше да има наблюдатели, които биха могли да я измерят. Ето защо тя има стойността, която измерваме!
Промоционално видео:
През 90-те години Макс Тегмарк, сега физик от Масачузетския технологичен институт, разработва подобен аргумент за броя на измеренията на Вселената. Той твърди, че ако има повече от едно измерение във времето, законите на физиката няма да имат свойствата, които наблюдателите трябва да предсказват. Това определено би изключило съществуването на физиците и вероятно самия живот.
Сега да преминем към свойствата на вселените с четири пространствени измерения. В такова пространство законите на движението на Нютон биха били много чувствителни към мъничките смущения. Едно от последствията от това е, че не могат да се образуват стабилни орбити, така че няма да има слънчеви системи или други подобни структури. „В пространство с повече от три измерения не може да има традиционни атоми и евентуално стабилни структури“, казва Тегмарк.
По този начин условията за живот изглеждат малко вероятно в вселени с повече измерения от нашите. Но аргументът е, че вселените с по-малко измерения са по-малко сигурни.
Съществува мнение, че общата теория на относителността не работи в две измерения, следователно не може да има гравитация.
Но Джеймс Скаргил мисли по различен начин. В своя труд той показва, че може да бъде възможно много по-просто, чисто скаларно гравитационно поле в две измерения и това би позволило стабилни орбити и интелигентна космология. Остава само да покажем как сложността може да възникне в измерения 2 + 1. Скаргил подхожда към този проблем по отношение на невронните мрежи. Той посочва, че сложността на биологичните невронни мрежи може да се характеризира с различни специални свойства, които всяка 2D система трябва да възпроизвежда.
Сред тях е свойството „малък свят“, комуникационен модел, който ви позволява да преминете през сложна мрежа в няколко малки стъпки. Друго свойство на мозъчните мрежи е, че те работят в режим, който е деликатно балансиран между прехода от висока активност към ниска активност - режим на критичност. Това изглежда също е възможно само в мрежи с модулна йерархия, в които малките подмрежи са комбинирани в по-големи мрежи.
Въпросът, който Scargill задава, е дали има 2D мрежи, които имат всички тези характеристики - малки световни свойства, модулна йерархия и критично поведение.
В началото това изглежда малко вероятно, защото в 2D графиките възлите са свързани чрез ръбове, които се пресичат помежду си. Но Скаргил показва, че 2D мрежите наистина могат да бъдат изградени по модулен начин и че тези графики имат определени свойства от малък свят.
Той също така показва, че тези мрежи могат да работят в преходна точка между две поведения, като по този начин демонстрират критичност. И това е невероятен резултат, който предполага, че 2D мрежите наистина могат да поддържат изненадващо сложно поведение. Разбира се, това не доказва, че Вселената 2 + 1 всъщност може да поддържа живота. Ще е необходимо повече работа, за да разберете със сигурност.