fina podeŠavanja2012 - belgrade observatoryastrobiology.aob.rs/pdf/20120907.pdf · 2015-12-07 ·...
TRANSCRIPT
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