Mengapa kita hidup di alam semesta dengan tiga dimensi ruang dan satu masa - 3 + 1, seperti yang dikatakan oleh ahli kosmologi? Mengapa betul-betul gabungan ini, dan bukan 4 + 2 atau 2 + 1? Selama dekad yang lalu, ahli fizik telah banyak kali meneroka persoalan ini, memikirkan alam semesta lain dengan sifat yang berbeza untuk memahami sama ada kehidupan yang kompleks dapat wujud di dalamnya atau tidak. Dan mereka pasti sampai pada kesimpulan bahawa ia tidak dapat wujud di alam semesta dengan empat dimensi spasial atau dua dimensi temporal. Jadi manusia pasti akan berakhir (dan berakhir) di alam semesta 3 + 1.
Ini adalah hujah antropik: idea bahawa alam semesta mesti mempunyai sifat yang diperlukan untuk kelangsungan hidup pemerhati.
Seperti apa rupa alam semesta dua dimensi?
Tetapi bagaimana dengan alam semesta yang lebih sederhana seperti 2 + 1? Ahli fizik berteori bahawa dua dimensi ruang mungkin tidak memberikan kerumitan yang cukup untuk menyokong kehidupan. Mereka juga percaya bahawa graviti tidak akan berfungsi dalam dua dimensi, jadi objek seperti sistem suria tidak dapat terbentuk. Tetapi adakah begitu?
James Scargill dari University of California di Davis, bertentangan dengan semua jangkaan, menunjukkan bahawa alam semesta 2 + 1 dimensi dapat menyokong kehidupan graviti dan kompleks. Karyanya melemahkan hujah antropik untuk ahli kosmologi dan ahli falsafah, yang harus mencari alasan lain mengapa alam semesta mengambil bentuk yang dimilikinya.
Pertama, sedikit latar belakang. Salah satu misteri ilmiah yang hebat adalah mengapa undang-undang fizik nampaknya diasah (atau disempurnakan) seumur hidup. Sebagai contoh, nilai berangka pemalar struktur halus nampaknya sewenang-wenang (kira-kira 1/137), namun pelbagai ahli fizik telah menunjukkan bahawa jika ia sedikit berbeza, atom dan objek yang lebih kompleks tidak dapat terbentuk. Di alam semesta seperti ini, hidup tidak mungkin berlaku.
Pendekatan antropik adalah bahawa jika pemalar struktur halus mengambil nilai lain, tidak akan ada pemerhati yang dapat mengukurnya. Inilah sebabnya mengapa ia mempunyai nilai yang kita ukur!
Video promosi:
Pada tahun 1990-an, Max Tegmark, sekarang ahli fizik di Massachusetts Institute of Technology, mengembangkan argumen serupa untuk jumlah dimensi alam semesta. Dia berpendapat bahawa jika ada dimensi lebih dari satu waktu, undang-undang fizik tidak akan memiliki sifat yang perlu diramalkan oleh pemerhati. Ini pasti akan menolak kewujudan ahli fizik dan kemungkinan kehidupan itu sendiri.
Sekarang mari kita beralih ke sifat alam semesta dengan empat dimensi ruang. Di ruang seperti itu, undang-undang gerakan Newton akan sangat sensitif terhadap gangguan kecil. Salah satu akibatnya adalah bahawa orbit stabil tidak dapat terbentuk, jadi tidak akan ada sistem suria atau struktur serupa lainnya. "Di ruang dengan lebih dari tiga dimensi, tidak ada atom tradisional dan struktur yang mungkin stabil," kata Tegmark.
Oleh itu, keadaan hidup nampaknya tidak mungkin berlaku di alam semesta dengan dimensi yang lebih banyak daripada keadaan kita. Tetapi hujahnya adalah bahawa alam semesta dengan dimensi yang lebih sedikit kurang selamat.
Terdapat pendapat bahawa teori relativiti umum tidak berfungsi dalam dua dimensi, oleh itu tidak ada graviti.
Tetapi James Scargill berfikir secara berbeza. Dalam makalahnya, dia menunjukkan bahawa medan graviti skalar yang jauh lebih sederhana dan murni dapat dilakukan dalam dua dimensi, dan ini memungkinkan orbit stabil dan kosmologi cerdas. Ini hanya untuk menunjukkan bagaimana kerumitan dapat timbul dalam dimensi 2 + 1. Scargill mendekati masalah ini dari segi rangkaian saraf. Dia menunjukkan bahawa kerumitan rangkaian saraf biologi dapat dicirikan oleh pelbagai sifat khas yang mesti dihasilkan oleh sistem 2D.
Antaranya ialah harta "dunia kecil", model komunikasi yang membolehkan anda melintasi rangkaian yang kompleks dalam beberapa langkah kecil. Satu lagi sifat rangkaian otak ialah mereka beroperasi dalam mod yang seimbang antara peralihan dari aktiviti tinggi ke aktiviti rendah - mod kritikal. Ini juga hanya mungkin terjadi dalam rangkaian dengan hierarki modular, di mana subnet kecil digabungkan menjadi rangkaian yang lebih besar.
Soalan yang ditanyakan oleh Scargill adalah sama ada terdapat rangkaian 2D yang mempunyai semua ciri ini - sifat dunia kecil, hierarki modular, dan tingkah laku kritis.
Ini nampaknya tidak mungkin pada mulanya, kerana dalam grafik 2D, nod dihubungkan melalui tepi yang saling bersilang. Tetapi Scargill menunjukkan bahawa rangkaian 2D memang dapat dibina secara modular dan grafik ini mempunyai sifat dunia kecil tertentu.
Dia juga menunjukkan bahawa rangkaian ini dapat beroperasi pada titik peralihan antara dua tingkah laku, sehingga menunjukkan kekritisan. Dan ini adalah hasil yang luar biasa, yang menunjukkan bahawa rangkaian 2D memang dapat menyokong tingkah laku yang sangat kompleks. Sudah tentu, ini tidak membuktikan bahawa alam semesta 2 + 1 sebenarnya dapat menyokong kehidupan. Akan memerlukan lebih banyak kerja untuk memastikannya.
