0 7 . 0 9 . 2 0 1 2 .

KOSMOLOŠKA FINA PODEŠAVANJA

Astrobiologija

2012

Astrobiologija

2012

ANTROPIČKI PRINCIP(I)

• Slabi antropički princip (WAP; Karter 1974): izmerenevrednosti fizičkih i kosmoloških veličina nisu podjednakoverovatne, već su ograničene zahtevom da postojemesta gde ţivot baziran na ugljeniku moţe evoluirati, i zahtevom da univerzum bude dovoljne starosti da se to već dogodilo.

• Fizičke, hemijske, geološke, itd. preduslove za nastanak ţivota i inteligencije nam daje astrobiologija.

• WAP je informativna tautologija!

• Veoma brojna “fina podešavanja” su empirijskečinjenice.Astro

biologija

2012

KOSMOLOŠKI POSMATRAČKI SELEKCIONI EFEKTI

• Fina podešavanja su činjenice!

• Sporni mogu biti• „finoća“ (koliki su intervali i mere?)

• interpretacija (da li i kakva objašnjenja zahtevaju?)

• Lako se brkaju sa teleološkim idejama, ali suštinski nemaju sa njima veze

• Ukazuju na slobodu (degeneraciju) u izboru parametara

• Od Aristotela do Ajnštajna („Ţelim da znam da li je Tvorac imao izbor u stvaranju svemira.“)...Astro

biologija

2012

ŠTA JE FINO PODEŠENO?

Astrobiologija

2012

PRIMER 1: FRED HOJL I 3- REAKCIJA

• Kako prevazići masene procepe na A = 5, 8 ?

• Hojl (1953): trostruka reakcija koja se mora odigrati

4He + 4He + 4He → 12C + 2γ

• Stopa reakcije

T30 (!!!)

• Prisustvo rezonance u12C i odsustvo rezonance u 16O... Astro

biologija

2012

PRIMER 2: DIMENZIONALNOST PROSTORA

• Kant (cca. 1750) – poreklo zakona gravitacije?

• Ehrenfest, 1917: Stabilni planetski i atomskisistemi su mogući samo u 3D prostoru

• Keplerove putanje stabilne samo u D = 3

• Za D > 3 planetski sistemi su nestabilni!

• Za D < 3 nema gravitacione sile između zvezda i planeta!

• Pošto su nam atomi i planete neophodni za život...Astro

biologija

2012

PRIMER 3: STOPA ŠIRENJA SVEMIRA

• Kriva faktora skaliranja

• Tipičan „efekat Zlatokose“: ni previše brzo ni previše sporo

• Mera dozvoljene oblasti = 0 (!)

• Ideja da kosmološka inflacija rešava problem je pogrešna...

• ...jer generička inflacija predviđa mnoštvo domena!

Astrobiologija

2012

S = k ln W

Wmax

W1

W2

Wk

PRIMER 5: TOTALNA ENTROPIJA VIDLJIVOG SVEMIRA

• Naše postojanje bilo bi nemoguće bez strukture!

• Struktura je veomadaleko od stanjatermodinamičke ravnoteţe (= maksimalne entropije = toplotne smrti)

• T = 2,725 K

• Termodinamička NEravnoteža je suštinski preduslov ţivota!

• Ali koliko je stvarna entropija različita od najtipičnije?

Astrobiologija

2012

I PREVIŠE STRUKTURE JE OPASNO...

• ...jer materija teţi da dostigne stanje najveće entropije = stanje crne rupe!

• 1970-te: Bekenštajn, Hoking, Penrouz, Geroh, ...

• U svemiru danas: malo crnih rupa.

• U prošlosti: još manje!

• svemir je nastao u stanju jako niske entropije!

• naš Veliki prasak je ekstremno malo verovatan!Astro

biologija

2012

KOLIKO MALO VEROVATNO?

• Koliko puta je posmatrana entropija manja od najveće moguće za materiju unutar horizonta?

• Bekenštajn-Hokingova formula:

(ovo je “prirodna” vrednost entropije!)

• kosmološki horizont (događaja):

• Za uobičajene vrednosti kosmoloških parametara (Ωm 0.3) i (H0

60 km s-1 Mpc-1) dobijamo

(!!!)

02

0

3

25

02

0

3

25

min

1

1exp

1exp~ S

HG

cS

HG

cN

m

mm

121

min 109.1exp~ N

8

0

10

B

CMBn

ns

,expexp

1

4exp

exp

1

4exp

exp

1

exp

exp~

624

0

0

2

0

3

00

maxmin

hmRHcGS

mc

G

S

A

G

c

SS

SN

3

crna rupakc ASG 4

0H

cRh

1 m

Astrobiologija

2012

ŠTA POKUŠAVAMO DA OBJASNIMO U KOSMOLOGIJI?

• Formiranje strukture opisane spektrom primordijalnih fluktuacija P(k)

gde je

• Dva različita pitanja:• Šta je poreklo posmatranog

PS?

• Zašto PS izgleda baš tako?

2

2

sin1

2

krr k P k dk

kr

1 ,dP r t dV

nP k k

Astrobiologija

2012

ISTORIJSKA KONFUZIJA...

• Iako istorijski vezano za “numerologiju”, antropičko rasuđivanje se odavno od nje odvojilo.

• “Numerologija”: neutemeljeno verovanje da je fizička realnost opisana elegantnim/estetski privlačnim/jednostavnim matematičkim zakonima

• “Harmonija sfera”, “misao Tvorca”, “Elegant Universe”,...Astro

biologija

2012

“IONIAN ENCHANTMENT”

Astrobiologija

2012

NAUČNA NUMEROLOGIJA?

• 1766. Johan Danijel Ticijus i 1772. Johan Bode

uočavaju

što nakon otkrića Neptuna i Plutona prestaje da

biva tako impozantno!

• 1919. Herman Vajl, od 1923. ser Artur Edington:

“naučna” numerologija

• Npr. Edington je tvrdio da su mase elektrona i

protona date rešenjima kvadratne jednačine:

0.4 0.3 2 ; 0,1,2,...n

nr n

210 136 1 0m m

Astrobiologija

2012

• ...ili da je konstanta fine strukture povezana sa brojemnezavisnih komponenti 16-dimenzionalnog tenzora:

• Edingtonova “fundamentalna teorija” brzozaboravljena, ali ne i numerološki pristup!

• Npr. Teler zapazio da vaţi

• Ovo su primeri matematičkog finog podešavanja!

21 16 16

16 136.2

2

ln .pGm

hc

Astrobiologija

2012

POSLEDNJI KRIK NUMEROLOGIJE: DIRAK I LNH

• Fizičari nikad nisu preterano ozbiljno shvatali numerološki pristup (Born 1944) – za razliku od filozofa!

• Poslednji pokušaj čini Dirak (1937): Any two of the very large dimensionless numbers occuring in Nature are connected by a simple mathematical relation, in which the coefficients are of the order of magnitude unity.

• 1040 i njegovi stepeni izraţavaju zavisnost svih fizičkih veličina od starosti svemira.

• LNH predviđa G t-1.2

400

0

104e p e

ct e

r Gm m

Astrobiologija

2012

DIKIJEV PREOKRET

• Nova perspektiva: 1961. Diki razrešava

problem: koincidencije nisu posledica

starosti svemira kao takve, već starosti

neophodne za postojanje života i

inteligentnih posmatrača!

• posmatrački selekcioni efekat

• Matematičko fino-podešavanje je izlišno!

Njega zamenjuje fizičko fino-podešavanje

+ posmatračka selekcija

2

nukl0 3

~ ~MS

E Mct t

L KM

2 2~MS

p p

ct

Gm m c

Astrobiologija

2012

• Zamislimo svet u kome vaţi “prelepa jednačina” :

• Ili svet u kome sve planete imaju prost broj satelita!

• Kakve veze to ima sa uslovima za ţivot???

• AP se bavi uslovima za ţivot, a ne estetikom, “harmonijom”, itd.!

PROTIVČINJENIČNO MATEMATIČKO UREĐENJE...

1 4 9 16 25 36e c h G

Astrobiologija

2012

KAKO OBJASNITI FINA PODEŠAVANJA?

• 4 grupe odgovora: 2 „egzotične“, 2 „popularne“

• Egzotični odgovori:

• Eksplanatorni nihilizam („brute fact“ pristup)

• Participacija posmatrača (Wheeler, „igra 12

pitanja“)

• Granice objašnjenja? Astrobiologija

2012

DVA POPULARNA OBJAŠNJENJA

• Hipoteza dizajna

• Hipoteza multiverzuma

(vide Michael Moorcock, ~1956)

Hipoteza dizajna nema ničegzajedničkog sa kvazireligioznom ideološkom konstrukcijom poznatom kao “inteligentni Dizajn”!

Astrobiologija

2012

PRIMER 6: PROBLEM KOSMOLOŠKE KONSTANTE

• “Najveća greška mog ţivota” – Ajnštajn o kosmološkoj konstanti Λ

• “Efekat Zlatokose”: kosmološka konstanta ni suviše velika ni suviše mala, nego “baš kako treba”!

• Od 1998. godine znamo za postojanje veoma male kosmološke konstante.

• Iako je 0 < Λ < 10-45 (!), ona igra ključnu ulogu u evoluciji strukture u svemiru.Astro

biologija

2012

WEINBERG (1987) – NOVI “ŽANR”ANTROPIČKOG RASUĐIVANJA

• Sledeći ideje Banks (1985), Abbott (1985), Linde (1986) antropičko ograničenje kosmološke konstante Λ

• Za Λ < 0,

• Za Λ > 0, antropički uslov: ne sme deformisati PS toliko da spreči formiranje galaksija

• U prvom redu teorije perturbacija

•

1

2 t

2

28

3

da Gk a

dt

2

0

8

3

G

H

I dalje veliki limit, ali Weinberg je bio krajnje pozitivan!

/ 125 Astrobiologija

2012

< 0

= 0> 0

MULTIVERZUM: BOGATSTVO RAZLIČITOSTI

Astrobiologija

2012

“REVOLUCIONARNO ŠIRENJE HORIZONTA”

1543 1859 1924 1980-83Astrobiologija

2012

• Verovatnoća da neki posmatrač bilo gde u

multiverzumu izmeri karakteristiku X :

•

• je prostorvremenska zapremina, gustina

posmatrača i

“MASTER” JEDNAČINA ZA ANTROPIČKI PRISTUP

obs

obs

n n n

n

n n

n

X V

p XV

1, if universe has property

0, otherwisen

n X

nV obs

n

Astrobiologija

2012

PITANJE: KAKO ODREDITI ZA NEKU KONKRETNU

NISKOENERGETSKU FIZIKU?

obs

n

Odgovor: Kroz istraživanja u

astrobiologiji!Astrobiologija

2012

NAJZANIMLJIVIJA REALIZACIJA –“ANTROPIČKI PEJZAŽ” TEORIJE STRUNA

• Teorija struna, superstruna, M-teorija... – TOE?

• Ogroman broj vakuumskih stanja (~10500)

• Susskind (2003): antropički pejzaţ

Astrobiologija

2012

MULTIVERZUM I ARHIPELAG

• Koji delovi multiverzuma su

nastanjivi?

• Neophodni uslovi za

niskoenergetsku fiziku:

• Omogućuje kompleksnost

• Prediktabilnost

• Stabilnost

• ???

Archipelag Nastanjivosti: skup oblasti u prostoru

parametara koji opisuju one delove

multiverzuma koji su nastanjivi za ţivot i

inteligentne posmatrače bilo koje vrste.

Astrobiologija

2012

• …

Astrobiologija

2012

Astrobiologija

2012

Astrobiologija

2012

PRIMER 7: GLOBALNI KATASTROFIČKI RIZICI

• Uslovna verovatnoća:

• B1: katastrofa se (u prošlosti)

nije odigrala (1-P)

• B2: katastrofa se odigrala

(P)

• Q: verovatnoća

preţivljavanja / nastavka

evolutivnog lanca

• E: naše današnje

postojanje

1

i i

i n

j j

j

P B P E BP B E

P B P E B

2( | )(1 ) 1 1

PQ PQP B E

P PQ P PQ

2 22

1 1 2 2

( ) ( | )( | )

( ) ( | ) ( ) ( | )

P B P E BP B E

P B P E B P B P E B

vs.

2P B P

2( )P B PAstro

biologija

2012

DA LI ĆE BUDUĆNOST LIČITI NA PROŠLOST?

• A priori raspodela neophodna za predviđanje budućnosti!

• Postojanje posmatrača sada narušava simetriju prošlost-budućnost

• Generalna procedura primenljiva i na benigne događaje...

• ...ali samo u slučaju egzistencijalnih rizika je korekcija značajna

Astrobiologija

2012

„ANTROPIČKA SENKA“

Astrobiologija

2012

EMPIRIJSKIPODACI?

Earth Impact Database: http://www.unb.ca/passc/ImpactDatabase/Astro

biologija

2012

UMESTO ZAKLJUČKA

• Fina podešavanja postoje i u drugim oblastima

fundamentalne fizike (npr. problem hijerarhije u

Standardnom modelu)

• Fina podešavanja pruţaju odlične modele za

kvantifikovanje nastanjivosti i uvid u to šta je

tipično...

• JAKO MNOGO PREOSTALOG POSLA!Astrobiologija

2012