|
Наша Вселенная идеально приспособлена для жизни
|
|
|
|
Физики уже давно задаются вопросом о том, почему Вселенная смогла поддержать эволюцию разумной жизни. Значения многих взаимодействий и частиц, представленных примерно 30 так называемыми фундаментальными константами, по-видимому, идеально соответствуют друг другу.
|
|
|
|
Возьмем гравитацию. Если бы она была намного слабее, материя с трудом бы собиралась вместе, образуя звезды, планеты и живые существа. И если бы он был сильнее, это тоже создало бы проблемы. Почему нам так везет?
|
|
|
|
Исследование, которое я недавно опубликовал вместе с моими коллегами Джоном Пикоком и Лукасом Ломбрайзером, теперь предполагает, что наша вселенная, возможно, не оптимально приспособлена для жизни. На самом деле, мы, возможно, живем не в самой вероятной из возможных вселенных.
|
|
|
|
В частности, мы изучали, как плотность “темной энергии” во Вселенной влияет на возникновение разумной жизни. Это проявляется в виде таинственной силы, которая ускоряет расширение Вселенной, но мы не знаем, что это такое.
|
|
|
|
|
|
|
Хорошей новостью является то, что мы все еще можем это измерить. Плохая новость заключается в том, что наблюдаемое значение намного меньше того, что мы ожидали бы от теории. Эта загадка является одним из самых больших открытых вопросов в космологии и послужила основной мотивацией для нашего исследования.
|
|
|
|
Антропные рассуждения
|
|
|
|
Мы проверили, может ли “антропное рассуждение” дать подходящий ответ. Антропное рассуждение - это идея о том, что мы можем вывести свойства нашей вселенной из того факта, что мы, люди, существуем. В конце 80-х годов нобелевский лауреат по физике Стивен Вайнберг обсуждал возможное антропное решение наблюдаемого значения плотности темной энергии.
|
|
|
|
Вайнберг предположил, что большая плотность темной энергии ускорит расширение Вселенной. Это будет противодействовать усилиям гравитации по сжатию материи и образованию галактик. Чем меньше галактик, тем меньше звезд во Вселенной. Звезды необходимы для возникновения жизни в том виде, в каком мы ее знаем, поэтому слишком большое количество темной энергии снизило бы шансы на появление разумной жизни, такой как люди.
|
|
|
|
Затем Вайнберг рассмотрел “мультивселенную”, состоящую из различных возможных вселенных, каждая из которых имеет различное содержание темной энергии. Такой сценарий вытекает из некоторых теорий космической инфляции, периода ускоренного расширения, имевшего место в начале истории Вселенной.
|
|
|
|
Вайнберг предположил, что лишь крошечная часть вселенных в мультивселенной, будь то реальных или гипотетических, будет обладать достаточно малой плотностью темной энергии, чтобы позволить возникнуть галактикам, звездам и, в конечном счете, разумной жизни. Это объяснило бы, почему мы наблюдаем небольшую плотность темной энергии – несмотря на то, что наши теории предполагают, что она должна быть намного больше – иначе мы просто не могли бы существовать.
|
|
|
|
Потенциальной ловушкой в рассуждениях Вайнберга является предположение о том, что доля вещества во Вселенной, которое попадает в галактики, пропорциональна количеству образовавшихся звезд. Спустя 35 лет мы знаем, что все не так просто. Затем наше исследование было направлено на проверку антропных аргументов Вайнберга с помощью более реалистичной модели звездообразования.
|
|
Подсчет звезд
|
|
|
|
Нашей целью было определить количество звезд, образовавшихся за всю историю Вселенной с заданной плотностью темной энергии. Это сводится к упражнению по подсчету.
|
|
|
|
Во-первых, мы выбрали плотность темной энергии, которая в диапазоне от нуля до 100 000 раз превышает наблюдаемое значение. В зависимости от величины, гравитация может более или менее легко удерживать материю вместе, определяя, как могут образовываться галактики.
|
|
|
|
Затем мы оценили ежегодное количество звезд, образующихся в галактиках с течением времени. Это вытекало из баланса между количеством холодного газа, который может способствовать звездообразованию, и противоположным действием галактических потоков, которые нагревают и выталкивают газ за пределы галактик.
|
|
|
|
Затем мы определили долю обычной материи, которая была преобразована в звезды за все время существования (прошлое и будущее) определенной модели Вселенной. Это число выражало эффективность этой вселенной в производстве звезд.
|
|
|
|
Затем мы предположили, что вероятность возникновения разумной жизни во Вселенной пропорциональна эффективности звездообразования. Как показано на рисунке выше, это говорит о том, что наиболее гостеприимная вселенная содержит примерно одну десятую плотности темной энергии, наблюдаемой в нашей Вселенной.
|
|
|
|
Таким образом, наша вселенная не так уж далека от наиболее благоприятной для жизни. Но она также и не самая идеальная.
|
|
|
|
Но чтобы подтвердить антропные рассуждения Вайнберга, мы должны представить, что выбрали случайную разумную форму жизни в Мультивселенной, и спросить их, какую плотность темной энергии они наблюдают.
|
|
|
|
Мы обнаружили, что 99,5% из них будут обладать большей плотностью темной энергии, чем наблюдается в нашей Вселенной. Другими словами, похоже, что мы живем в редкой и необычной вселенной внутри мультивселенной.
|
|
|
|
Это не противоречит тому факту, что вселенные с большим количеством темной энергии подавляли бы звездообразование, следовательно, снижая шансы на формирование разумной жизни.
|
|
|
|
По аналогии, предположим, что мы хотим разложить 300 шариков по 100 коробочкам. Каждая коробка представляет вселенную, а каждый шарик - разумного наблюдателя. Давайте положим 100 шариков в коробку номер один, четыре - в коробку номер два, а затем по два шарика во все остальные коробки. Очевидно, что в первой коробке содержится наибольшее количество шариков. Но если мы наугад выберем один шарик из всех коробок, то, скорее всего, он окажется не из первой коробки.
|
|
|
|
Аналогично, вселенные с небольшим количеством темной энергии по отдельности более благоприятны для жизни. Но жизнь, хотя и менее вероятная, все же может зародиться во многих возможных вселенных с избытком темной энергии – в них все равно будет несколько звезд. Наши расчеты показывают, что большинство наблюдателей во всех вселенных будут испытывать более высокую плотность темной энергии, чем измеряется в нашей вселенной.
|
|
|
|
Кроме того, мы обнаружили, что наиболее типичный наблюдатель измерил бы величину, примерно в 500 раз большую, чем в нашей вселенной.
|
|
Что это нам дает?
|
|
|
|
В заключение, наши результаты опровергают антропный аргумент о том, что наше существование объясняет, почему у нас такое низкое значение темной энергии. Нам было бы легче найти себя во вселенной с большей плотностью темной энергии.
|
|
|
|
Антропные рассуждения все еще могут быть спасены, если мы примем более сложные модели мультивселенной. Например, мы могли бы допустить, что количество как темной энергии, так и обычной материи может варьироваться в разных вселенных. Возможно, уменьшение количества разумной жизни из-за более высокой плотности темной энергии может быть компенсировано более высокой плотностью обычной материи.
|
|
|
|
В любом случае, наши результаты предостерегают нас от упрощенного применения антропных аргументов. Это еще больше усложняет решение проблемы темной энергии.
|
|
|
|
Что нам, космологам, следует делать сейчас? Засучим рукава и будем думать усерднее. Только время покажет, как мы решим эту головоломку. Как бы мы это ни делали, я уверен, что это будет невероятно захватывающе.
|
|
|
|
Источник
|
