Den senaste upptäckten av gravitationsvågor från Big Bang som födde vårt universum har utlöst vågor i astrofysiker och kosmologiska cirklar. Några välkomnade entusiastiskt den nya upptäckten och hävdade att den äntligen bevisade inflationens verklighet (den så kallade snabba expansionen av universum postulerat av teorin efter Big Bang).
Andra uppmanade till försiktighet och påpekade att de upptäckta vågorna delvis berodde på andra faktorer än inflationen ensam. Vissa meddelade att dessa resultat slutligen begravde nästan alla alternativa teorier som framförts för att förklara universums observerade egenskaper, andra varnade för överdriven hast och kallade först att "pålitligt bevisa" inkonsekvensen av möjliga alternativ. Mot denna allmänna upprörda bakgrund var talet från en av de ledande moderna kosmologerna, Andrei Linde från Stanford University, särskilt intressant.
Han välkomnade den nya upptäckten och sa att den inte bara "tar bort 90 procent av alla andra inflationsmodeller från diskussion", utan också "passar perfekt med teorin om kaotisk inflation", det vill säga teorin som Linde själv utvecklade för cirka 30 år sedan. Det var inte av en slump att Lindes ord väckte alla hans kollegas speciella intresse. Faktum är att om ytterligare test verkligen bekräftar verkligheten av kaotisk inflation, kommer detta att innebära att kosmologin äntligen har lyckats lösa en smärtsam och grundläggande fråga, som den inte har kunnat ge ett tillfredsställande svar under många decennier.
Denna fråga, som ni nu ser, är också grundläggande för oss, vanliga nyfikna människor, eftersom det i sin mest primitiva form låter så här: varför finns vi alls?
Låt mig förklara nu. Redan i mitten av förra seklet märkte man att de grundläggande fysiska konstanterna (till exempel elektronladdningen, gravitationskonstanten i lagen om universell gravitation och ett antal andra grundläggande mängder) är extremt exakt justerade för att säkerställa att livet i universum kan existera i den form som vi vi vet.
Det finns många andra exempel på en så fin anpassning av naturlagarna till antropos behov, det vill säga en person. Låt oss säga att vårt liv är baserat på kol och kol, som studien av processerna för bildning av kemiska element har visat, inte kunde visas i universum om energinivåerna i atomer som är lättare än kol, elementen skilde sig till och med miljarder av vad som finns på verkligen.
Ett annat exempel, redan från rymdens geometri: för framväxten och utvecklingen av livet behövs planeter som kretsar kring deras stjärnor enligt tyngdlagen. Och den allmänna relativitetsteorin visar att tyngdkraften i rymden av två dimensioner skulle vara för svag för att hålla planeterna nära stjärnorna, och i rymden av fyra eller fler dimensioner kan det inte finnas någon tyngd alls.
För antropos återstår bara det utrymmet med tre dimensioner, som vi ser runt oss. Och det finns många sådana exempel. De som är intresserade kommer att hänvisa till den underbara boken av Barrow och Tippler, "The Cosmological Anthropic Principle."
Kampanjvideo:
Hur förklarar du en sådan subtil passform? Redan 1973 formulerade den berömda astrofysiker Brandon Carter, som talade vid Krakow-konferensen för att hedra 500-årsjubileet för Copernicus födelse, ett möjligt svar på denna fråga. Detta svar kallas "antropisk princip". Han hävdar att i motsats till den gamla (kopernikanska) uppfattningen att jordens placering i rymden inte skiljer sig från alla andra möjliga platser i universum, faktiskt, säger Carter,”dess position, även om den inte nödvändigtvis är central, är fortfarande något speciell. ".
Vad är den här funktionen? Det faktum att naturens lagar och konstanter i hela den omgivande delen av universum som är synliga för oss är exakt vad som behövs för uppkomsten av liv och antropos som dess "krona".
Med andra ord, vi dök upp på en så speciell (ur vår synvinkel) plats i universumet, där bara vi kunde dyka upp. Om vi antar att det finns många andra hörn i universum som vi inte ser, är det mycket möjligt att naturens lagar och konstanter är olika där, livet och människan kunde inte dyka upp där, och därför kan ingen undra varför naturlagarna finns runt honom är sådana att de utesluter dess förekomst.
Således kommer svaret på vår grundläggande fråga ihop med det faktum att vi existerar, för av en otroligt lycklig tillfällighet i vår del av universum har exakt sådana lagar och konstanter i naturen utvecklats, som visade sig vara idealiskt anpassade till möjligheten till vårt utseende.
Denna formulering av den antropiska principen kallades senare svag, eftersom det är möjligt att göra ett starkare uttalande, som kallas den starka antropiska principen. Enligt denna princip finns det inga andra delar eller platser i universum - allt uppstod omedelbart så att dess lagar och konstanter är desamma överallt och är överallt exakt anpassade till möjligheten till liv och förnuft. Detta låter mer logiskt än uttalandet om”olika platser” i universum med”olika lagar” (varför skulle det plötsligt ?!). Men i denna form liknar den antropiska principen starkt berättelser om den avsiktliga (gudomliga?) Skapelsen av hela universumet för människans skull, och därför vägrade de flesta forskare beslutsamt att acceptera det. Icke desto mindre var faktumet med den fina passformen tydligt och krävde att förklaras. Linde var en av de få som försökte på allvar,det vill säga med hjälp av rigorösa teoretiska beräkningar: kan det verkligen finnas sådana scenarier för universums födelse som skulle kunna förklara detta passande?
Låt mig påminna dig om att det ursprungliga scenariot för Big Bang föddes nästan omedelbart efter att Einstein skapade den allmänna relativitetsteorin, som kopplade tyngdkraften med rum och tidens egenskaper. Einstein trodde att universum alltid är i ett stationärt tillstånd, och allvarens kropps allvar mot varandra balanseras av ett slags bristande fält (idag kallas det fältet för mörk energi).
Men några år senare upptäckte Hubble att universum faktiskt expanderar (alla galaxer rör sig bort från varandra) med en viss liten men märkbar hastighet, som om alla dessa galaxer en gång hade fått någon initial impuls och fortsätter att röra sig av tröghet (idag är det känt att fältet med mörk energi till och med påskyndar denna rörelse). Denna initiala impuls fick namnet Big Bang (astrofysiker Hoyle dödade denis Big Bang - "Big Clapperboard").
Big Bang-teorin beskrev universums födelse och utveckling mycket väl. Hon hävdade att universum uppstod som en klump av extremt het och tät plasma, som gradvis expanderade (tillsammans med dess utrymme) och gradvis svalnade.
Ursprungligen kunde dess materia inte delas upp i materia och energi, men när det svalnade började kraft (energi) fält dyka upp (separata från varandra) - kärnkraft, svag, elektromagnetisk, och tillsammans med dem började partiklar som motsvarar dem - kvarkar, elektroner, neutrinoer, etc. Och slutligen (teorin indikerade att cirka 380 tusen år efter explosionen) universum svalnade så mycket att kvantiteten av energi inte bröt de nyfödda atomerna, och sedan föll ämnet ur den allmänna plasman.
Ett tomrum (vakuum) kvarstod mellan atomerna, som fylldes med elektromagnetisk strålning med enorm intensitet. Atomer började hålla sig samman i klumpar av materia (bildade så småningom de första stjärnorna och galaxerna), och den kvarvarande strålningen fortsatte att svalna, det vill säga från mycket korta våglängder till att bli allt längre våglängder (både på grund av energiförlust i kollisioner med materien, och som ett resultat av vågsträckningar från för den fortsatta expansionen av rymden), och nu har den svalnat till 3 grader Kelvin (dess våglängd är redan flera millimeter). Det kallades resterande eller relik kosmisk strålning.
Denna smala och imponerande bild bekräftades briljant när Penzias och Wilson upptäckte just en sådan strålning med en temperatur på 2,7 Kelvin och når jorden från alla sidor av himlen, det vill säga fylla hela universum. Men tillsammans med bekräftelsen kom en annan fråga, eftersom det visade sig att denna strålning är homogen, det vill säga den har samma temperatur i alla riktningar, det vill säga i hela universum. Hur kan det vara? Teorin säger att Big Bang hände för 13,7 miljarder år sedan. Detta innebär att relikstrålningen bildades för cirka 13,3 miljarder år sedan.
De längsta punkterna från vilka detta ljus kan komma till jorden idag kan vara 13,3 ljusår bort, vilket betyder att avståndet mellan två sådana punkter på motsatta sidor av himlen är 26,6 miljarder ljusår. Ingen energi kan röra sig från en sådan punkt till en annan, för för detta skulle den behöva flytta med dubbelt ljusets hastighet, vilket är omöjligt. Samtidigt visade mätningar av Penzias och Wilson att dessa två punkter avger reststrålning med samma temperatur, vilket innebär att de är i ett tillstånd av termisk jämvikt.
Denna konstighet har kallats horisontproblemet (eftersom båda ovanstående punkter är på kanten eller i horisonten av dagens universum). I ett försök att lösa detta problem lade Alan Guth 1981 fram tanken på inflationen (inflation översätts också som "inflation", "svullnad"), enligt vilken den ursprungliga plasmaprovet till följd av Big Bang var liten, och därför kunde alla dess delar byter energi, kommer till samma temperatur.
Och sedan, på en monsteraktig kort tid (10 till minus 35: e kraften i en sekund), fanns det en kort men monsteraktig snabb inflation av universumets rymd, som ökade till dess nuvarande uppenbara storlek (10 till den 23: e kraften i km). Det är inte värt att försöka visualisera dessa nummer. Hastigheten för denna inflation översteg otydligt ljusets hastighet (vilket emellertid inte bröt mot principen för gränsen för ljusets hastighet, eftersom det inte fanns någon signalöverföring genom rymden, utan själva utrymmet för utrymme).
Och naturligtvis, under denna tid kunde alla delar av universum inte ändra deras tillstånd, och förblev därför överallt i ett tillstånd av termisk jämvikt med varandra.
Guths inflationsteori löste mer än bara horisontproblemet. Samtidigt förklarade hon varför det observerade universum i genomsnitt framträder för oss (det vill säga på mycket stora avstånd) praktiskt taget homogent och platt (det vill säga en där lagarna i den euklidiska geometri uppfylls, och inte, säger, lagarna i Riemanns sfäriska geometri eller Lobachevskys hyperboliska geometri).
Grovt sett "rullade" inflationen ut det rullade "mattan" i det universella rymden och tog bort de minsta avvikelserna från planet och gjorde det till euklidean och universumet självt - homogent.
(För att vara strikt, för skullens skull, i vår tid har upptäckten av mörk materia, som i universum är flera gånger mer än vanligt, väckt problemet med planhet och enhetlighet för forskare på nytt, eftersom det visade sig att mörk materia är fördelad i rymden annorlunda än det vanliga, synliga. gav upphov till nya, mer komplexa inflationsteorier, men de har inget att göra med historien om den antropiska principen i kosmologin.)
Vad var grundorsaken till Big Bang och efterföljande inflation? Enligt Guth började det hela med vakuumets kvantfluktuationer. Grovt sagt, i kvantfysik är ett vakuum inte ett tomrum, utan ett speciellt tillstånd för ett visst fält där energifluktuationer kan uppstå. En sådan vibration under en kort tid ökar fältets energi, och då uppstår ett instabilt tillstånd som kallas falskt vakuum.
Ett sådant tillstånd sönderfaller extremt snabbt, det vill säga att det återgår till det normala, men under vissa förhållanden kan ett stycke utrymme där ett falskt vakuum uppstod och sedan sönderdelas använda den energi som plötsligt dök upp i den för sin paniska expansion, med andra ord för inflation. Enligt Guth var det just en sådan process som gav upphov till det universum vi observerar, och det ägde rum i ett så mikroskopiskt, och därför homogent och jämviktsområde, att universum som uppstod från det också visade sig, som vi redan sagt, homogent och jämvikt.
Dessutom var den ursprungliga sajten så liten att fysiklagarna i den var desamma överallt - så i det direkt uppblåsta universum förblev de samma överallt. Och att de samtidigt visade sig vara gynnsamma för uppkomsten av liv och förnuft är redan ett rent tillfällighet. Svaret upprepar i huvudsak en stark antropisk princip, vilket ger den en rigorös vetenskaplig grund.
Denna slutsats var oacceptabel för Linde, och han försökte generalisera Guths teori. Han avvisade sitt antagande om mikroskopicitet och därför homogeniteten i det ursprungliga området där det falska vakuumet dök upp och undersökte (teoretiskt, naturligtvis) vad som skulle hända om vi betraktar ett tillräckligt stort rymdområde, som säkert varken kunde vara varken homogen eller energiskt jämvikt.
Beräkningar ledde honom till ovanligt intressanta resultat. Det visade sig att i detta fall kan kvantfluktuationer i det falska vakuumet uppstå på olika platser i detta område vid olika tidpunkter och med olika intensiteter. På grund av detta kommer vissa platser att svälla med en inflationstakt, medan andra antingen inte expanderar alls eller sluta expandera tidigt. Det kommer inte att uppstå ett enda universum, som i Guths teori, utan en hel massa universum, var och en så stor som den enda Guth.
Och eftersom denna grupp av universum (liknande universum, Linde kallade det multiverse, det vill säga något som ett "multiverse") föddes från ett kaotiskt tillstånd av vakuum och i kaotisk störning, kommer det i sig att vara kaotiskt, det vill säga det är omöjligt att indikera någon enda födelsemomentet, i vart och ett av dess fack (i varje separat universum) kommer det säkert att finnas sina egna lagar om rymd, tid och natur i strikt överensstämmelse med den svaga antropiska principen.
Den nya teorin kallas kaotisk inflation. Genom att utveckla det visade Linde i sitt arbete från 1986 att i de snabbt växande avdelningarna i multiversen skulle deras egna kvantfluktuationer i vakuumet och andra fält uppstå, vilket skulle leda till en kontinuerlig och oändlig inflation av sådana platser i dessa avdelningar, så att multiversen skulle självreplicera på obestämd tid.
Denna process har ingen början och inget slut, och därför kallade Linde detta nya grandios scenario för teorin om evig kaotisk inflation. Denna oändliga inflation kommer också att vara kaotisk i den meningen att alla nya fack (de är nya och nya universum) som uppstår i olika fack (de är också universum) i princip borde ha olika geometrier (inklusive ett annat antal dimensioner av rymden), olika egenskaper tid och olika typer av partiklar och fält.
Så det är möjligt att många av dem har, till exempel, sex rumsliga dimensioner eller inte innehåller några partiklar av materia, och så vidare. (Naturligtvis är det också ganska troligt att många av dem - och deras antal är oändliga - kommer att vara ganska lämpliga för uppkomsten av liv och sinne, även om var och en i sin egen tid, inte nödvändigtvis sammanfaller med de andra.)
Och nu hävdar Linde (och Guth har redan uttryckt sitt samtycke med honom) att de nya uppgifterna om gravitationsvågor bäst sammanfaller med förutsägelserna i denna teori om hans.
Som sagt, om hans ord slutligen bekräftas, kommer vetenskapen äntligen att få ett svar på varför vi alls finns. För i den oändliga och eviga processen med den kaotiska uppkomsten av fler och fler nya universum med fler och fler nya lagar och konstanter, måste det en dag (och mer än en gång) ha dykt upp en där uppkomsten av liv och förnuft blev möjligt. Detta kommer att bli en enorm vetenskaplig seger, men naturligtvis bara inom ramen för fysik och kosmologi. För ett fullständigt svar på frågan om varför vi alls överhuvudtaget kräver naturligtvis också en biologisk förklaring av hur livet kan uppstå från "död" materia och utvecklas innan förnuftets uppträdande.
Biologi kan ännu inte förklara livets uppkomst otvetydigt. Hon stöter omedelbart på problemet med "kyckling och ägg" här. Proteiner behövs för att reproducera det första DNA, och DNA behövs för att producera de första proteinerna.
De försöker komma runt denna svårighet genom att postulera att specialmolekyler, RNA, var de första som uppstod, som kunde katalysera sin egen reproduktion. Denna katalys ledde till uppkomsten av en hel värld av olika RNA, från vilken naturlig selektion började välja material för ytterligare komplikationer. Men förekomsten av en sådan autokatalys har ännu inte bevisats fullt ut, och viktigast av allt är det inte klart varför valet av alla de bästa RNA borde ha lett till uppkomsten av proteiner (eller DNA). Modern biologi har också svårt att förklara den fortsatta utvecklingen av livet.
Hon förklarar denna process genom Darwins teori, där evolutionen presenteras som en långsam, gradvis och kontinuerlig process av ansamling och urval av slumpmässiga små förändringar (mutationer) i gener, som sedan får uttryck i lika små förändringar i organismer som helhet. På detta sätt hävdar teorin, från den första levande cellen, olika typer av celler började utvecklas, växa som grenar av ett träd, sedan uppdelade i ännu fler typer av organismer, och så vidare upp till personen som krönade detta "livets träd."
Men under de senaste decennierna har många nya fakta samlats, vilket indikerar att denna process i verkligheten inte var kontinuerlig. Snarare var det en intermittent utveckling, där korta perioder med snabba uppträdande av nya organismer i nästan färdig form ersattes av långa perioder av deras ytterligare finjustering och finare fragmentering till underarter (Eldridge och Gould kallade denna process prickade evolution).
Många författare har redan försökt göra dessa justeringar av den darwiniska teorin, men nyligen har den första generaliserande och mycket radikala hypotesen dykt upp, som "korrigerar" Darwin med hjälp av Linde!
Denna hypotes tillhör den enastående moderna biologen Evgeny Kunin från National Institute of Health i Bethesda (USA). Det beskrivs fullständigt av honom i hans senaste bok "The Logic of Randomness", och innan dess - i två artiklar med mycket anmärkningsvärda, som ni nu kommer att se, titlar: "The Cosmological Model of Eternal Inflation and the Transition from Randomness to Evolution in the History of Life" och "The Model of the Biological Big explosion för de viktigaste övergångsmomenten i evolutionen”. I den första artikeln säger Kunin något så här:”Modellen för evig inflation, till skillnad från den traditionella kosmologiska modellen för ett enda, unikt universum, antar att alla möjliga uppsättningar av initiala fysiska förhållanden kan slumpmässigt uppstå och upprepa otaliga gånger i olika fack i multiversen.
Denna modell pekar därför också på möjligheten att ett oändligt antal av de mest komplexa systemen visas slumpmässigt i olika sådana fack, även om sannolikheten för varje enskild förekomst av sådan komplexitet i varje separat fack är extremt liten. Livet på jorden är inget undantag från denna regel. Vi existerar eftersom i vårt fack av multiversen, av en slump, dök upp hela uppsättningen molekyler som gav både reproduktion av DNA och konstruktion av proteiner med hjälp på en gång. Teorin om evig inflation säger att i en evig och ändlöst självförökande mångfald var utseendet på en sådan olycka (som alla andra) nödvändigt, så att den darwinistiska utvecklingen inte kräver någon RNA-värld och i huvudsak är en oundviklig konsekvens av den antropiska principen.
I inledningen till den andra artikeln skriver Kunin:”I alla huvudstadier i den biologiska evolutionen upprepas samma scenario med det plötsliga utseendet på olika levande former av en ny nivå av komplexitet. Detta var fallet med uppkomsten av de första levande molekylerna (RNA och proteiner), de viktigaste virusgrupperna, två klasser av protosoa (archaea och bakterier), grundarna av superfamiljen av eukariter (celler med en kärna) och alla djurfamiljer. Man kan tro att alla dessa punkter är övergångsplatser från en, explosiv, fas av utvecklingsutveckling till en annan, gradvis. Den första, inflationära fasen genererar mycket snabbt en enorm mängd nya möjligheter för utbyte av genetisk information (horisontell genöverföring, rekombination, fusion, uppdelning, etc.), medan i den andra fasen, nya livsformer som har uppstått på detta sätt börjar utvecklas och förgrena sig. Denna process liknar födelsen av ett nytt universum i teorin om evig kaotisk inflation, där som ett resultat av den snabba expansionen (vanligtvis kallad Big Bang), ett nytt fack av multiverset födas, som vidare börjar utvecklas enligt dess interna lagar. Därför kallade jag fasövergångarna som beskrivs ovan i livshistoriken "Biologiska stora smällar."
Båda artiklarna fortsätter med en detaljerad analys och bevis på de hypoteser som framförts i dem, men deras omprövning kräver en separat berättelse, och vi kan bara hoppas att ödet tillåter oss att återvända till detta. För tillfället kommer jag bara att säga: de svimlande idéerna om modern vetenskap avslöjar bottenlösa djup, och naturen uppenbarligen inte förgäves försökt så mycket och skapade detta instrument för sin självkunskap.
Raphael Nudelman
