على مدى عقود ، افترض العديد من الفيزيائيين أنه حتى أدنى التغييرات في القوانين الأساسية للطبيعة ستجعل من المستحيل وجود الحياة. هذه الفكرة ، المعروفة أيضًا باسم حجة 'الكون الدقيق' ، تشير إلى أن حدوث الحياة في الكون حساس جدًا لقيم بعض الفيزياء الأساسية. غير أيًا من هذه القيم (كما يقول المنطق) ، فلن تكون الحياة موجودة ، مما يعني أننا يجب أن نكون محظوظين جدًا لوجودنا هنا!
ولكن هل يمكن أن يكون هذا هو الحال حقًا ، أم أنه من الممكن أن تظهر الحياة في ظل ثوابت فيزيائية مختلفة ، ونحن لا نعرف ذلك؟ عالج هذا السؤال مؤخرًا Luke A. Barnes ، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد سيدني لعلم الفلك (SIA) في أستراليا. في كتابه الأخير ، عالم محظوظ: الحياة في عالم مضبوط بدقة وقد جادل هو وأستاذ الفيزياء الفلكية في سيدني ، جيريانت إف لويس ، بأن الكون الدقيق أمر منطقي من وجهة نظر الفيزياء.
لخص المؤلفون أيضًا هذه الحجج في ورقة مساهمة تمت دعوتها ، والتي ظهرت في رفيق روتليدج لفلسفة الفيزياء (الطبعة الأولى) في هذه الورقة بعنوان ' الضبط الدقيق للكون من أجل الحياة ، 'يشرح بارنز كيف يتكون' الضبط الدقيق 'من شرح الملاحظات من خلال استخدام' افتراض دقيق مريب '. يجادل بأن هذا كان من أعراض النظريات غير المكتملة عبر التاريخ وهو سمة مشتركة في علم الكونيات الحديث وفيزياء الجسيمات.
انطباع الفنان عن كوكب خارجي صخري يدور حول النجم الشبيه بالشمس HD 85512 في كوكبة فيلا الجنوبية (الشراع). الائتمان: ESO
في بعض النواحي ، هذه الفكرة مشابهة لـ مبدأ أنثروبي ، والتي تنص على أن أي محاولة لشرح خصائص الكون لا يمكن أن تتجاهل وجودنا كأشكال للحياة. هذا يقف في تناقض صارخ مع المبدأ الكوني - المعروف أيضًا باسم. مبدأ كوبرنيكوس ، الذي سمي على اسم نيكولاس كوبرنيكوس ، الذي صاغ نموذج مركزية الشمس للكون - والذي ينص على أنه لا يوجد شيء فريد أو مميز عن البشر أو مكاننا في الكون.
في الورقة السابقة جادل بارنز ولويس أنه بعيدًا عن كونه حالة من الغطرسة أو 'الدين المقنع' ، فإن المبدأ الأنثروبي هو جزء ضروري من العلم. عند معالجة المصادفة بين وجود البشرية والكون القديم بما فيه الكفاية والذي تحكمه الفيزياء التي تفضل ظهور الحياة الذكية (أي نحن) ، اشتقوا حكمة بسيطة: 'أي حساب للمصادفة يجب أن يأخذ في الاعتبار كيف يصنع الكون الكائنات التي هي قادرة على قياسها '.
ولكن كما أوضح بارنز لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني ، هناك بعض الاختلافات المهمة بين مبدأ الأنثروبيك والكون الدقيق:
أفهم العلاقة بين الضبط الدقيق والمبدأ الأنثروبي على النحو التالي. يشير الضبط الدقيق إلى حقيقة أن التغييرات الصغيرة في ثوابت الطبيعة كانت ستؤدي إلى كون غير قادر على دعم الحياة. يقول المبدأ الأنثروبي أنه في حالة وجود أشكال الحياة المادية ، يجب أن يلاحظوا أنها موجودة في كون قادر على الحفاظ على وجودها '.
هل يمكن أن توجد الحياة إذا كانت قوانين الفيزياء مختلفة قليلاً؟ الائتمان: ناسا / سيرج برونير
بعبارة أخرى ، يوضح بارنز أن المبدأ الأنثروبي هو بيان غير قابل للدحض (يُعرف أيضًا باسم الحشو) ينتج عن 'تأثير الاختيار' لوجودنا. نظرًا لعدم وجود مجموعة من الحضارات والحياة الذكية للاختيار من بينها ، لا يمكن تزوير المبدأ نفسه. وفي الوقت نفسه ، كما يقول بارنز ، فإن حجة الضبط الدقيق هي 'حقيقة مدهشة بشأن قوانين الطبيعة كما نعرفها'.
تعود حجة الكون الدقيق إلى سبعينيات القرن الماضي عندما بدأت الفيزياء في ملاحظة أن التغييرات الصغيرة في الثوابت الأساسية للطبيعة ، أو في الظروف الأولية للكون ، من شأنها استبعاد الحياة كما نعرفها. لو كان الكون وقوانين الفيزياء نفسها قد تطورتا بشكل مختلف ، لما كان الاستقرار المطلوب لوجود الكائنات الحية (بكل تعقيداتها) ممكنًا.
ولكن كما يشير بارنز في ورقته الموجزة ، فإن هذا المنطق يتعارض مع نفس المشكلة القديمة. مثل نموذج مركزية الأرض في العصور القديمة ، فإنه يحتوي على افتراضات دقيقة بشكل مثير للريبة ، والتي يشرع في معالجتها واحدة تلو الأخرى. الأول يتعلق بامتداد الثابت الكوني (CC) ، وهي فكرة اقترحها أينشتاين في عام 1917 كإضافة مؤقتة إلى معادلاته الميدانية للنسبية العامة. دلالة على رمز لامدا ، كانت CC قوة من شأنها 'موازنة الجاذبية' وبالتالي ضمان بقاء الكون ثابتًا (وجهة نظر شائعة في ذلك الوقت).
بينما تخلى أينشتاين عن CC بعد بضع سنوات عندما علم أن علماء الفلك قد أثبتوا أن الكون يتوسع ، أعيد تفسير الفكرة منذ التسعينيات. مع إدراك أن التوسع الكوني يتسارع ، بدأ الفيزيائيون يفترضون أن CC لأينشتاين يمكن أن تكون القوة الغامضة المعروفة باسم 'الطاقة المظلمة' (DE). أدى ذلك إلى النظرية الكونية المقبولة على نطاق واسع والمعروفة باسم نموذج Lambda Cold Dark Matter (LCDM).
مثال على التوسع الكوني. الائتمان: مختبر الصور المفاهيمية التابع لمركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا
ومع ذلك ، فإن CC تمثل أيضًا واحدة من أهم المشكلات النظرية في الفيزياء الحديثة. مثل Dark Matter ، تم اقتراح وجود DE أو إعادة اختراع CC لشرح الفرق بين الملاحظات والتنبؤات النظرية. مثل 'أفلاك التدوير' لبطليموس التي تم استخدامها لتبرير الملاحظات التي لا تتوافق مع نموذج مركزية الأرض ، فإن CC هو افتراض 'دقيق بشكل مريب'.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك تناقضات لدى CC مع نظرية المجال الكمومي (QFT) ، والتي تصف الجسيمات كتكوينات للحقل. وفقًا لـ QFT ، سيظل التكوين المعين المعروف باسم 'حالة الفراغ' موجودًا في غياب الجسيمات. ولكن إذا تم تصديق النظريات المتعلقة بـ CC و DE ، فإن هذا يعني أن هناك قدرًا كبيرًا من الطاقة في حالة الفراغ.
الطريقة الوحيدة لشرح ذلك بمصطلحات مقبولة لـ QFT والنسبية العامة هي افتراض أن مساهمات طاقة الفراغ والحقول الكمية تلغي كل منهما. مرة أخرى ، هذا يتطلب مصادفة 'دقيقة بشكل مريب' بين عدة عوامل مستقلة. في سياق آخر ، فإن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات يخبرنا أن المادة تتكون من 25 نوعًا مختلفًا من الجسيمات دون الذرية مقسمة إلى أربع مجموعات (الكواركات والليبتونات وبوزونات Guage والبوزونات العددية).
تم التحقق من وجود هذه الجسيمات وخصائص كل منها (الكتلة والشحنة والدوران) من خلال تجارب صارمة. أدنى انحراف لأي من هذه الخصائص سيؤثر بشكل كبير على كيفية تفاعلها وتصرفها ، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار الكامل للمادة. وينطبق الشيء نفسه على أبعاد الزمكان ، حيث هناك حاجة لثلاثة أبعاد للفضاء (كما افترض نيوتن) للذرات المستقرة والمدارات الكوكبية المستقرة.
رسم تخطيطي يوضح الجسيمات الأولية التي تتكون منها المادة. الائتمان: سيرن
الكون ذو الأبعاد المكانية الثلاثة وبُعد واحد للوقت (كما وصفته النسبية العامة) ضروري أيضًا. يقول بارنز ، بعد ذلك ، لا يمكن أن تظل الأنظمة الذرية مستقرة. بعبارة أخرى ، في حين أن CC قد تثير مشاكل نظرية ، فإن النموذج القياسي وأبعاد الزمكان متسقة مع النموذج الدقيق. كما قال بارنز:
'الثابت الكوني غير مفسر في معادلاتنا ويتوافق مع كون يسمح بالحياة فقط في نطاق صغير جدًا. قيمته هي افتراض غير محفز ودقيق ، في ثابت النماذج القياسية لفيزياء الجسيمات وعلم الكونيات. العديد من الثوابت الأخرى للنموذج القياسي هي نفسها. '
السؤال إذن هو كيف يمكن حل هذه المشكلات في نماذجنا التقليدية؟ ما الذي يمكن أن يفسر أيضًا حقيقة أن كوننا يسمح بالحياة بينما الاختلافات من أصغر الأنواع تجعل ذلك مستحيلًا؟ لهذا ، يقترح بارنز ولويس أن الكون المتعدد يمكن أن ينقذ. قال: 'ربما الكون المتعدد - كوننا يسمح بالحياة بالصدفة ، وهناك الكثير من الأكوان المتنوعة الأخرى هناك'.
ولكن في غضون ذلك ، لا يزال هناك احتمال أن تشير أي تناقضات أو تناقضات إلى ماهية الحقيقة. مثل كوبرنيكوس ، الذي أدرك أن حركات الكواكب (التي تتطلب التدوير والإيكوانت لتكون منطقية) كانت في الواقع إشارة إلى أن النموذج كان خاطئًا ، قد يكون الضبط الدقيق مؤشرًا على الفيزياء تتجاوز النموذج القياسي أو أن النموذج نفسه يحتاج مراجعة.
هل يمكن أن يكون كوننا جزءًا من كون متعدد أوسع؟ وهل يمكن لهذه الأكوان الأخرى أن تدعم الحياة؟ الائتمان: تعاون خايمي سالسيدو / إيجل
'أعتقد أن الضبط الدقيق بشكل عام هو دليل على تفسير أعمق. وأضاف بارنز أن الاحتمالات الصغيرة قد تكون مجرد احتمالات صغيرة ، أو قد تنشأ عن بعض الافتراضات غير الصحيحة. 'الشيء المثير للاهتمام حول ضبط الثوابت الأساسية هو أنها في الطابق السفلي من التفسيرات العلمية في الوقت الحالي. إنها عميقة مثل الفيزياء (على الأقل ، في حين أنها مدعومة بالأدلة.) '
بارنز ولويس مسؤولان أيضًا عن كتيب الثورة الكونية: (أو: كيف تتغلب على الانفجار العظيم) ، والتي تقدم مزيدًا من التفاصيل حول نظرياتهم حول علم الكونيات والنموذج الدقيق (نُشر في عام 2019).
قراءة متعمقة: arXiv
