מדוע היקום הוא רק ארבע ממדי?

What does the universe sound like? A musical tour | Matt Russo (יוני 2019).

Anonim

בשנות השמונים היו הפיסיקאים נואשים לאחד את ארבעת כוחות היסוד של היקום לכוח אחד ויחיד. הניסיון הראשון שלהם התפתח למה שמכונה " גבוהות", אבל בשל ריבוי אי-התנגדויות ותחזיות בלתי-מוכרות, היה צורך להשליך אותו. תיאוריה מתפתחת נוספת היא תורת המיתרים.

נולד בשנות השבעים, התיאוריה היתה התעלמו במידה רבה עד 1980, כאשר הפופולריות שלו היה להחיות ואת הפיזיקאים החלו ללמוד את זה ברצינות. תורת המיתרים נותרה אחד הניחושים הטובים ביותר שלנו על הבנה מלאה של הדרכים של היקום, אבל על פי התיאוריה, היקום קיים ב 26 מימדים! לכן, באופן מוזר, אנו נחשפים רק לארבעה מהם - שלושה ממדים חלופיים של חלל ואחד, שהתגלו לפני מאה שנים.

האבסורד הטריד את הפילוסופים ואת הפיסיקאים המאוחרים, מאז ומעולם. הם סקרנים מדי לקבל את המציאות כפי שהיא ללא כל ספקנות או ספקנות; הם רוצים לדעת מדוע המציאות היא כפי שהיא. עם זאת, מאמר שפורסם לאחרונה ב Europhysics Letters (EPL) נראה לחשוף מדוע היקום שלנו יכול להתקיים רק 4 ממדים.

הלמהולץ אנרגיה חופשית צפיפות

עובי. צילום: Pixabay

לכן

.

למה רק ארבעה? ובכן, העיתון מציע כי אחרים נאסר על ידי פורש על ידי החוק השני של התרמודינמיקה, חוק היסוד של היקום. על פי העיתון, היקום החדש היה מלא בקרינה ובצפיפות האנרגיה החופשית של הלמהולץ, כמות תרמודינמית המפעילה לחץ על החלל.

רק שניות לאחר המפץ הגדול, כאשר היקום מקורר באופן מיידי, צפיפות הלמהולץ השיגה את הערך המקסימלי שלה והיקום "קפא" מיד. בשלב זה, היקום, שהיה קיים בעבר בכל ממד שאנו מאמינים שהוא קיים, הוגבל לארבעה בלבד. הדרך היחידה שבה היקום שלנו יתפתח לממדים נוספים היא אם הוא קיים מעל טמפרטורה קריטית, טמפרטורה קדחתנית ששררה ללא ספק רק שנייה אחרי שהיא נוצרה.

ממצאי הפיזיקאים מקבילים למעברי פאזה שהמים עוברים. הדרך היחידה שבה גוש קרח יכול לעבור למים נוזליים היא כאשר הוא נתון לחום. בעוד שתיאוריה זו צברה תאוצה רק לאחרונה, העיקרון שעליו פנינו תמיד לענות על דילמות כה ידועות לשמצה הוא העיקרון האנתרופי.

העיקרון האנתרופי

החוק השני של התרמודינמיקה מסביר בעיקר מדוע הזמן נע רק בכיוון אחד, שאנו מכנים "קדימה". החוק מנבא שכיווני הזמן ביקום שלנו נעים באותו כיוון שבו גדלה ההפרעה. עם זאת, הנמקה זו אינה שלמה. טיעון משכנע מתממש רק כאשר אנו משלבים את החוק עם העיקרון האנתרופי. זה קטע מתוך מאמר קודם שכתבתי להסביר מדוע הזמן נע רק בכיוון אחד :

"אם אנחנו יכולים להכיר בתפקיד המזל בהבאת פרחים או פירות לחיים, למה אנחנו לא יכולים לעשות את אותו הדבר כשאנחנו מדברים על עצמנו?

אם הרוחות היו סוערות באותו יום או שהקרקע היתה מתונה יותר, הפרח לא היה יכול להיוולד. באופן דומה, אם התנאים של היקום היו חיים שונים, אינטליגנטים המסוגלים לשאול "מדוע זרימת הזמן בכיוון אחד בלבד?" לא היתה יכולה לנבוט. אנו רואים את היקום כפי שהוא, כי אם זה היה שונה, לא היינו כאן כדי להתבונן בו! זה נקרא העיקרון האנתרופי. אני יודע שזה נראה ציני וקשה להבנה, אבל זה בהחלט נראה נכון, אלא אם כן, כמובן, אנו מוצאים ראיות להיפך.

אנו מודדים את הזמן לכיוון של הפרעה גוברת כי אנחנו חיים בשלב ההרחבה, השלב שמעדיף חיים אינטליגנטיים. זה לא יהיה אפשרי בשלב הצמצום, שכן החיים המסוגלים למדוד זמן לא יהיה אפשרי בשלב הצמצום. "

בדיוק כמו האנטרופיה נראה להגדיל ולכן הזמן עם זה כי היקום הוא עדיין בשלב ההרחבה שלה, בשלב זה לטובת הנבטה של ​​חיים אינטליגנטי, אנו חווים את היקום רק ארבעה ממדים כי זה השכיחות של רק ארבעה ממדים כי הוא התומכת בתפיסת החיים האינטליגנטיים ובשימורם.

אילו היה היקום דו-ממדי, האורגניזמים לא היו מסוגלים לנוע זה בזה. במקום זאת, הם יידרשו להתגבר על אורגניזם אחר או להחליק מתחת לאחד. הדרכים המורכבות שבהן מזון מתעכל ומנותק או דם מופץ בכל הגוף שלנו היה בלתי אפשרי להשיג בגופים דו-ממדיים. אנחנו, מינים אינטליגנטיים ששואלים מדוע היקום בעל ארבעה ממדים, פשוט לא היו קיימים.

(צילום: אדווין אבוט אבוט / ויקיפדיה)

למעשה, הביולוגיה עצמה, אפילו של הסדר הפשוט ביותר, תמות, שכן כדור הארץ לא יוכל להסתובב סביב השמש. כוח הכובד פוחת בארבע פעמים כאשר המרחק בין שני גופים מוכפל, אך הירידה היא חמש פעמים בחמישה ממדים ו -6 פעמים בשש ממדים. ביקום ממדי גבוה יותר, כדור הארץ לא יוכל להגיע למסלול יציב סביב השמש, ולכן יקפא למוות.

אולי הדחיסה הכבידתית וההתרחבות הגאזית שיצרו את השמש היו מתרחשות בצורה שונה בממדים גבוהים יותר, בהשוואה לאופן שבו הם מתרחשים בארבעה ממדים. אולי השמש עצמה תתמוטט בטרם עת לתוך חור שחור אם נתעמק בחוקי הכבידה. אפילו אטומים בממדים גבוהים יותר, מצאו פיסיקאים, לא היו מתכנסים ויוצרים מולקולות מורכבות שיכולות להוות חיים מורכבים.

החיים לא היו מתאפשרים ללא השמש. (צילום: סובהאם דיי)

סטיבן הוקינג ציטט את העקרון האנתרופי בהיסטוריה הקצרה של הזמן שלו, בעודו מעלה השערות על המימדיות המיוחדת של היקום. אמנם זה בלתי מעורער, עכשיו אנחנו מבינים שזה לא מסביר את הסיבה שלה, משהו שפורסם בעיתון EPL עושה. עם זאת, ההצעה עדיין לא תוקף.

אם בסופו של דבר, נוכל לחצות את המסתורין הזה מתוך הרשימה הארוכה של החידות המתמשכות שלנו. סוג זה של אישור יהיה גם לעודד מאוד עבור הפיזיקאים, כפי שהוא היה מייצג זינוק ענק במסע שלנו לאחד את ארבעת הכוחות הבסיסיים ובסופו של דבר ההבנה שלנו איך היקום נולד, איך זה גדל ואיפה זה יכול להיות בראשותו.