Kenapa Alam Semesta Hanya Empat Dimensi?

Anonim

Pada tahun 1980-an, ahli fizik terdesak untuk menyatukan empat kuasa asas alam semesta menjadi satu kekuatan menyeluruh. Percubaan pertama mereka berkembang menjadi apa yang disebut supergravity, tetapi disebabkan oleh banyak ketidakkonsistenan dan ramalan yang tidak disahkan, ia harus dibuang. Satu lagi teori yang berkembang ialah Teori String.

Dilahirkan pada tahun 1970-an, teori ini telah banyak diabaikan sehingga 1980-an, apabila popularitinya dihidupkan semula dan ahli fizik mula mengkaji dengan serius. Teori rentetan tetap menjadi salah satu tekaan terbaik kita pada pemahaman yang lengkap tentang cara-cara Alam semesta, tetapi menurut teori, alam semesta ada dalam 26 dimensi! Oleh itu, amat aneh bahawa kita hanya terdedah kepada empat daripadanya - tiga dimensi ruang dan satu yang dapat ditukar ganti, ditemui satu abad yang lalu, dari masa ke masa.

Kebodohan itu mengganggu ahli falsafah dan - kemudian - ahli fizik sejak, selama-lamanya. Mereka terlalu penasaran untuk menerima realiti kerana tanpa sebarang keraguan atau keraguan; mereka mahu tahu mengapa realiti adalah cara itu. Walau bagaimanapun, satu kertas yang baru diterbitkan dalam Surat Europhysics (EPL) nampaknya mendedahkan mengapa alam semesta kita hanya boleh wujud dalam 4 dimensi.

Helmholtz Densiti Tenaga Percuma

Ketebalan. Photo Credit: Pixabay

Jadi

.

mengapa hanya empat? Nah, kertas itu menunjukkan bahawa yang lain dilarang daripada dibongkar oleh undang-undang termodinamik kedua, undang-undang asas alam semesta. Menurut makalah, alam semesta baru lahir dengan radiasi dan ketumpatan tenaga bebas Helmholtz, kuantiti termodinamik yang menimbulkan tekanan ke atas ruang.

Hanya beberapa saat selepas Big Bang, ketika alam semesta disejukkan dengan serta-merta, kepadatan Helmholtz mencapai nilai maksimumnya dan alam semesta dengan serta-merta "membeku". Dalam fasa ini, alam semesta, yang sebelum ini wujud dalam setiap dimensi yang kita percayai wujud, hanya terhad kepada empat daripadanya. Satu-satunya cara alam semesta kita akan memasuki lebih banyak dimensi adalah jika ia wujud di atas suhu kritikal, suhu neraca yang sememangnya berlaku hanya selepas ia diciptakan.

Temuan fizikis adalah sama dengan peralihan fasa yang dialami oleh air. Satu-satunya cara blok ais boleh beralih ke air cecair adalah apabila ia menjadi panas. Walaupun teori ini telah mendapat daya tarikan baru-baru ini, prinsip yang selalu kami berikan untuk menjawab dilema yang terkenal ini adalah prinsip antropik.

Prinsip Antropik

Undang-undang termodinamik kedua terutama menjelaskan mengapa masa hanya bergerak dalam satu arah, yang kita panggil "ke hadapan". Undang-undang meramalkan bahawa arah masa di alam semesta kita bergerak ke arah yang sama di mana gangguan di dalamnya meningkat. Walau bagaimanapun, penalaran ini tidak lengkap. Hujah yang meyakinkan hanya direalisasikan apabila kita menggabungkan undang-undang dengan prinsip antropik. Ini adalah petikan dari artikel sebelumnya yang saya tulis menjelaskan mengapa masa hanya bergerak dalam satu arah :

"Jika kita boleh mengakui peranan nasib dalam membawa bunga atau buah kepada kehidupan, mengapa kita tidak boleh melakukan perkara yang sama apabila kita bercakap tentang diri kita?

Sekiranya angin yang goyah pada hari itu atau tanahnya lebih tegas, bunga itu tidak boleh dilahirkan. Begitu juga, jika keadaan alam semesta adalah berbeza, kehidupan pintar mampu bertanya "kenapa aliran masa hanya dalam satu arah?" Tidak dapat tumbuh. Kita melihat alam semesta seperti itu kerana, jika ia berbeza, kita tidak akan berada di sini untuk memerhatikannya! Ini dipanggil prinsip antropik. Saya tahu ini seolah-olah sinis dan sukar untuk difahami, tetapi ia nampaknya benar kecuali, sudah tentu, kita dapati bukti yang bertentangan.

Kami mengukur masa ke arah peningkatan gangguan kerana kita hidup dalam fasa pengembangan, fasa yang sesuai dengan kehidupan pintar. Ini tidak mungkin dalam fasa penguncupan, kerana kehidupan yang mampu mengukur masa tidak dapat dilakukan semasa fasa penguncupan. "

Sama seperti entropi seolah-olah bertambah dan oleh itu masa dengannya kerana alam semesta masih dalam fasa pengembangannya, fasa yang menyokong pembiakan kehidupan pintar, kita mengalami alam semesta dalam hanya empat dimensi kerana ia adalah kelaziman hanya empat dimensi yang berfaedah untuk penubuhan dan mempertahankan kehidupan pintar.

Sekiranya alam semesta telah dua dimensi, organisma tidak dapat bergerak di antara satu sama lain. Sebaliknya, mereka dikehendaki untuk mengatasi organisma lain atau slaid di bawah satu. Cara-cara yang rumit di mana makanan dicerna dan dipecahkan atau darah yang diedarkan di seluruh badan kita tidak mungkin dicapai dalam badan 2D. Kami, spesies pintar bertanya mengapa alam semesta mempunyai empat dimensi, semata-mata tidak akan wujud.

(Kredit Foto: Edwin Abbott Abbott / Wikimedia Commons)

Sebenarnya, biologi itu sendiri, walaupun perintah yang paling mudah, akan binasa, kerana bumi tidak akan dapat mengelilingi matahari. Kekuatan graviti berkurangan sebanyak empat kali apabila jarak antara dua badan dua kali ganda, tetapi penurunan itu lima kali dalam lima dimensi dan enam kali dalam enam dimensi. Dalam alam semesta dimensi yang lebih tinggi, Bumi mungkin tidak dapat mencapai orbit yang stabil di sekitar matahari dan, oleh itu, membekukan hingga mati.

Mungkin pemampatan graviti dan pengembangan gas yang membentuk matahari akan berlaku secara berbeza dalam dimensi yang lebih tinggi, berbanding dengan bagaimana ia berlaku dalam empat dimensi. Mungkin matahari itu sendiri akan jatuh ke dalam lubang hitam jika kita hendak mengamalkan undang-undang graviti. Malah atom dalam dimensi yang lebih tinggi, ahli fizik telah menemui, tidak akan berkumpul dan membentuk molekul kompleks yang kemudiannya boleh membentuk kehidupan yang kompleks.

Kehidupan tidak akan mungkin tanpa Matahari. (Foto Kredit: Subham Dey)

Stephen Hawking memetik prinsip antropik dalam Sejarah Singkat Masanya ketika berspekulasi tentang keanehan tertentu dari alam semesta. Walaupun tidak dapat dipertikaikan, kita kini faham bahawa ia tidak menerangkan sebabnya, sesuatu yang diterbitkan dalam EPL. Walau bagaimanapun, cadangan itu masih belum disahkan.

Sekiranya ia akhirnya, kita boleh menyebarkan misteri ini dari senarai lama kami yang berlainan spesies kami. Pengesahan seperti ini juga akan menggalakkan ahli fizik, kerana ia akan mewakili lompatan besar dalam usaha kami untuk menyatukan keempat daya asas dan akhirnya pemahaman kita tentang bagaimana alam semesta dilahirkan, bagaimana ia tumbuh dan di mana ia mungkin menuju.