Artykuł Filozofia nauki Filozofia przyrody

Tim Maudlin: Czy kosmos jest dostrojony?

Pewne rzeczy dzieją się przez przypadek. Mark Twain urodził się w dniu pojawienia się na niebie komety Halleya w 1835 roku i zmarł, gdy ukazała się ona ponownie w 1910. Odczuwamy pokusę, by zatrzymać się przy takiej historii i zastanowić, czy w spiętym tak poetycką klamrą życiu kryje się jakiś głębszy sens. Ale większość z nas szybko porzuca takie rozważania.

Zapisz się do naszego newslettera

Z zad­owole­niem przy­pom­i­namy sobie, że w zde­cy­dowanej więk­szoś­ci przy­pad­ków życie nie jest aż tak ściśle pow­iązane z rucha­mi ciał niebies­kich, po czym wracamy do włas­nych spraw. Jed­nak niek­tóre zbie­gi okolicznoś­ci są bardziej niepoko­jące, szczegól­nie gdy nasuwa­ją wnios­ki na tem­at więk­szych obszarów zjawisk, lub nawet całego znanego nam wszechświa­ta. W ciągu ostat­nich kilku dekad fizy­ka odkryła pod­sta­wowe włas­noś­ci kos­mo­su, które na pier­wszy rzut oka wyglą­da­ją na szczęśli­we zbie­gi okolicznoś­ci. Współczesne teorie sugeru­ją, że najpowszech­niejsze ele­men­ty struk­tu­ry wszechświa­ta – gwiazdy i plan­e­ty, a także zaw­ier­a­jące je galak­ty­ki – są wyt­worem pre­cyzyjnie dostro­jonych praw i warunk­ów, które wyda­ją się zbyt piękne, żeby były prawdzi­we. A co jeśli na nasze fun­da­men­talne pyta­nia, na trapiącą nas nocą rozterkę, dlaczego tu jesteśmy, moż­na jedynie wzruszyć w des­per­acji ramion­a­mi i mruknąć: „Wyglą­da na to, że po pros­tu tak wyszło”?

Kosmiczne zbiegi okoliczności

Kon­tem­plowanie niepraw­dopodob­nej natu­ry włas­nej egzys­tencji, śledze­nie wstecz związków przy­czynowych, by odkryć łańcuch szczęśli­wych zbiegów okolicznoś­ci, które zaprowadz­iły cię przed ekran kom­put­era, tele­fonu, czy dowol­nego urządzenia, na którym czy­tasz te słowa, może być niepoko­jące. Abyś w ogóle zaist­ni­ał, twoi rodz­ice musieli się spotkać, co już wyma­gało sporej dozy przy­pad­ku i zbiegów okolicznoś­ci. Gdy­by two­ja mat­ka nie zde­cy­dowała się pójść na tamte zaję­cia z anal­izy matem­aty­cznej, albo gdy­by jej rodz­ice zde­cy­dowali się zamieszkać w innym mieś­cie, to być może twoi rodz­ice nigdy by się nie spotkali. Ale to tylko wierz­chołek góry lodowej. Nawet jeśli twoi rodz­ice świadomie zde­cy­dowali się na dziecko, szansa, że połączył się ten konkret­ny plem­nik i ta konkret­na komór­ka jajowa, z których pow­stałeś, wynosi jeden do kilku mil­iardów. To samo doty­czy zresztą obo­j­ga twoich rodz­iców, którzy musieli już ist­nieć, abyś ty mógł zaist­nieć, więc przy dwóch pokole­ni­ach mamy już do czynienia z szan­są rzę­du jeden do 1027. Idąc dalej tym tropem, praw­dopodobieńst­wo two­jego zaist­nienia, przy ogól­nym stanie wszechświa­ta nawet kil­ka wieków temu, jest niemal nieskończe­nie małe. Ty, ja i każdy inny człowiek jesteśmy rezul­tatem przy­pad­ku i pow­stal­iśmy wbrew wszelkiemu praw­dopodobieńst­wu.

I tak jak two­je zaist­nie­nie wyda­je się z punk­tu widzenia fizy­ki bard­zo niepraw­dopodob­ne, ist­nie­nie całego rodza­ju ludzkiego wyglą­da na czysty przy­padek. W 1994 roku Stephen Jay Gould stwierdz­ił, że szczegółowy tok ewolucji jest równie przy­pad­kowy jak dro­ga poje­dynczego plem­ni­ka do komór­ki jajowej. Pro­cesy ewolucyjne nie zmierza­ją ze swo­jej natu­ry do Homo sapi­ens, ani nawet do ssaków. Gdy­by cofnąć czas i poz­wolić his­torii potoczyć się jeszcze raz, ale z choć­by drob­ną zmi­aną początkową, jej bio­log­iczny wynik mógł­by być zupełnie inny. Na przykład gdy­by aster­oi­da nie uderzyła w Jukatan 66 mil­ionów lat temu, być może dinoza­u­ry wciąż chodz­iły­by po naszej planecie, a człowiek by nigdy nie wye­wolu­ował.

Uznanie tak radykalnej przy­god­noś­ci ludzkoś­ci może być emocjon­al­nie trudne. Szczegól­nie jeśli zostało się kul­tur­owo uwarunk­owanym przez bib­li­jną his­torię stworzenia, która upa­tru­je w ludzi­ach powodu ist­nienia całego fizy­cznego wszechświa­ta i namaszc­zonych wład­ców jed­nego, cen­tral­nego, zapro­jek­towanego, zdat­nego do zamieszka­nia obszaru. Mikołaj Kopernik obal­ił ten obraz w XVI wieku prze­suwa­jąc Ziemię w miejsce nieco odd­alone od cen­trum i każde następ­ne nasze odkrycie na tem­at kos­micznej geografii to potwierdza­ło – z punk­tu widzenia kos­mo­su Ziemia nie odgry­wa żad­nej wyróżnionej roli. Sam pomysł, że mil­iardy obser­wowal­nych galak­tyk, nie mówiąc o przest­worzach, których nie widz­imy, ist­nieją tylko ze wzglę­du na nas, jest absurdal­ny. Kos­molo­gia naukowa odesłała ten pogląd do lamusa.

Kosmos czyli ład

Dobrze nam idzie, praw­da? Wprawdzie na początku trud­no to przełknąć, ale w końcu moż­na być spoko­jnym wiedząc, że jest się dziełem przy­pad­ku, podob­nie jak cała ludzkość. Ale co z wszechświatem? Czy może być kwest­ią przy­pad­ku to, że w ogóle ist­nieją galak­ty­ki, albo że reakc­je jądrowe we wnętrzach gwiazd pro­duku­ją z wodoru i helu chemiczne cegieł­ki życia? Zgod­nie z pewny­mi teo­ri­a­mi, pro­cesy sto­jące za tymi zjawiska­mi zależą od pre­cyzyjnie skali­browanych warunk­ów początkowych lub mało praw­dopodob­nych zbiegów okolicznoś­ci związanych ze stały­mi przy­rody. Wprawdzie zawsze moż­na uznać je za dzieło szczęśli­wego tra­fu, ale wielu kos­mologów uważało takie rozwiązanie za niesatys­fakcjonu­jące i próbowało znaleźć fizy­czne mech­a­nizmy mogące wyt­worzyć życie przy sze­rokim zakre­sie różnych okolicznoś­ci.

Gdy Edwin Hub­ble odkrył w lat­ach 20. XX wieku, że wszys­tkie obser­wowalne galak­ty­ki odd­ala­ją się od siebie, kos­molodzy przyjęli pewną ogól­ną teorię doty­czącą his­torii obser­wowal­nego wszechświa­ta. Zgod­nie z nią wszechświat miał początek w niewyobrażal­nie gęstym i gorą­cym stanie. Przed rok­iem 1980 stan­dar­d­owe mod­ele Wielkiego Wybuchu zakładały jed­nos­ta­jne rozsz­erzanie się i styg­nię­cie wszechświa­ta od początku cza­su aż do dziś. Mod­ele te były udoskon­alane przez takie dobieranie warunk­ów początkowych, by odpowiadały one danym obserwa­cyjnym. Zaczę­to się jed­nak zas­tanaw­iać, jak dokładne i wyjątkowe muszą być te warun­ki.

Na przykład mod­ele Wielkiego Wybuchu przyp­isu­ją początkowe­mu stanowi kos­mo­su gęs­tość energii – ilość energii na cen­tymetr sześ­ci­en­ny – oraz początkowe tem­po rozsz­erza­nia się przestrzeni. Późniejsza ewoluc­ja wszechświa­ta jest bard­zo wrażli­wa na zmi­any relacji początkowej gęs­toś­ci energii i tem­pa ekspan­sji. Jeśli upaku­je­my energię zbyt gęs­to, wszechświat w końcu zapad­nie się i nastąpi Wiel­ki Kolaps; jeśli zbyt rzad­ko, będzie się rozsz­erzał w nieskońc­zoność, a mate­ria będzie się rozrzedzać tak szy­bko, że gwiazdy i galak­ty­ki nie będą mogły się ufor­mować. Między tymi dwoma skra­jnoś­ci­a­mi leży wysoce spec­jal­isty­cz­na his­to­ria, zgod­nie z którą wszechświat nigdy się nie zapad­nie, a tem­po ekspan­sji w końcu wyhamu­je do zera. W żar­gonie kos­mologów ta spec­jal­na sytu­ac­ja nazy­wana jest W = 1. Obserwac­je kos­mo­log­iczne ujaw­ni­a­ją, że wartość W dla obser­wowal­nego wszechświa­ta na chwilę obec­ną jest bliska 1. Jest to odkrycie zaskaku­jące samo w sobie, a trze­ba jeszcze dodać, że początkowe mod­ele Wielkiego Wybuchu mówiły, iż W = 1 stanowi niesta­bil­ny punkt równowa­gi, taki jak ide­al­nie zbal­an­sowana kul­ka leżą­ca na szczy­cie kop­uły. Jeśli kul­ka zna­j­du­je się dokład­nie na szczy­cie, to tam pozostanie, ale jeśli drgnie choć odrobinę, zacznie się gwał­town­ie staczać i straci ten wyróżniony stan.

Jest to przykład kos­mo­log­icznego dostro­je­nia. Aby moż­na było ze stan­dar­d­owego mod­elu Wielkiego Wybuchu uzyskać wszechświat choć odrobinę podob­ny do naszego, ten początkowy warunek musi­ał być ide­al­nie dopa­sowany od samego początku. Niek­tórzy kos­molodzy mają opory wobec takiego poglą­du. Mogło być szczęśli­wym trafem, że pow­stał Układ Słoneczny, a na Zie­mi wye­wolu­owało życie, ale trud­no im przyjąć, iż pow­stanie całego obser­wowal­nego wszechświa­ta w stanie tak bliskim kry­ty­cznej gęs­toś­ci energii wyma­ganej do pow­sta­nia jakichkol­wiek struk­tur kos­micznych było kwest­ią przy­pad­ku.

Porządek od narodzin wszechświata

A nie jest to jedyny dostro­jony warunek początkowy wyma­gany przez ory­gi­nal­ny mod­el Wielkiego Wybuchu. Jeśli wycelu­je się radiote­leskop w dowol­ny punkt na niebie, zaob­ser­wować moż­na kos­miczne promieniowanie tła, tak zwaną „poświatę po Wielkim Wybuchu”. Jego niety­pową cechą jest dość jed­norod­na tem­per­atu­ra, nieza­leżnie od tego, gdzie się ją mierzy. Moż­na pode­jrze­wać, że ta jed­norod­ność wyni­ka ze wspól­nej his­torii tych obszarów i że musi­ały one pow­stać z tego samego źródła. Ale zgod­nie ze stan­dar­d­owy­mi mod­e­la­mi Wielkiego Wybuchu tak nie było. Promieniowanie prowadzi do kom­plet­nie odd­zielonych od siebie częś­ci pier­wot­nego stanu wszechświa­ta. Jed­norod­ność tem­per­atu­ry musi­ała już więc ist­nieć w tym pier­wot­nym stanie Wielkiego Wybuchu i mimo że jest to z pewnoś­cią możli­we, wielu kos­mol­o­gom wyda­je się wysoce niepraw­dopodob­ne.

W 1980 roku amerykańs­ki kos­molog Alan Guth zapro­ponował inny sce­nar­iusz, który łagodz­ił wymóg spec­jal­nych warunk­ów początkowych wyjaś­ni­a­ją­cych jed­norod­ność promieniowa­nia tła i gęs­tość energii obser­wowal­nego obec­nie wszechświa­ta. Guth nazwał swo­ją teorię „inflacją”, ponieważ pos­tu­lowała krót­ki okres wykład­niczego rozsz­erza­nia się wszechświa­ta niedłu­go po Wielkim Wybuchu. Ten ogrom­ny rozrost zarówno „spłaszczył­by” wszechświat, bard­zo zbliża­jąc W do 1, nieza­leżnie od jej poprzed­niej wartoś­ci, jak i zapewnił­by wspól­ną his­torię dla obszarów, z których pochodzi całe obser­wowalne promieniowanie tła.

Na pier­wszy rzut oka sce­nar­iusz z inflacją wyda­je się rozwiązy­wać prob­lem dostro­je­nia: zmieni­a­jąc his­torię o ewolucji wszechświa­ta spraw­iamy, że jego stan obec­ny sta­je się mniej wrażli­wy na zmi­en­ność pre­cyzyjnych warunk­ów początkowych. Ale wciąż mamy powody do zmartwienia, ponieważ nie może­my prze­cież wprowadz­ić inflacji mocą naszych pobożnych życzeń; musimy zapro­ponować fizy­czny mech­a­nizm, który za nią stoi. Pier­wsze pró­by były inspirowane uświadomie­niem sobie, że pewne typy pól – w szczegól­noś­ci hipote­ty­czne pole Hig­gsa – pro­dukowały­by inflację w nat­u­ral­ny sposób. Ale dokład­niejsze obliczenia pokaza­ły, że inflac­ja wyt­warzana przez pole Hig­gsa nie doprowadz­iła­by do pow­sta­nia znanego nam dziś wszechświa­ta. Kos­molodzy prze­cięli więc węzeł gordyjs­ki: zami­ast poszuki­wać źródeł inflacji w polu wprowad­zonym z jakichś innych powodów, przyjęli jako pos­tu­lat ist­nie­nie nowego pola – „pola inflacji” – posi­ada­jącego dokładne charak­terysty­ki wyma­gane do wywoła­nia odpowied­niego zjawiska.

Nieste­ty zjawisko, które chce­my wyjaśnić, to nie tylko obec­na gęs­tość energii i promieniowanie tła, ale też for­mowanie i tworze­nie grup galak­tyk i gwiazd, co wyma­ga dość szczegól­nej formy inflacji. Ta „spowol­niona” inflac­ja nakła­da bard­zo ścisłe ograniczenia na postać pola inflacji. Są one tak wyma­ga­jące, że niek­tórzy kos­molodzy obaw­ia­ją się, iż jed­na postać dostro­je­nia (dokładne warun­ki początkowe pier­wot­nej teorii Wielkiego Wybuchu) została zamieniona na inną (pre­cyzyjne szczegóły pola inflacji). Ale sce­nar­iusz inflacji tak dobrze zbie­ga się ze szczegóła­mi fluk­tu­acji tem­per­atu­ry promieniowa­nia tła, że epo­ka inflacji stała się powszech­nie uznaną częś­cią teorii Wielkiego Wybuchu. Wyglą­da więc na to, że pomi­mo niez­na­jo­moś­ci jej pre­cyzyjnego mech­a­niz­mu, jest ona stałą częś­cią teorii.

Skąd ta harmonia?

W tym miejs­cu kończy się nasza wiedza i pojaw­ia głębo­ka, niepewność, czy mamy w ogóle prob­lem z naszy­mi obec­ny­mi wyjaśnieni­a­mi wszechświa­ta. Jeśli nie znamy pochodzenia pola inflacji, to jak mamy ocenić, czy jest ono jakoś „niety­powe” albo „dostro­jone”, a nie „zupełnie nieza­skaku­jące”? Jak widzieliśmy, same zjawiska nie posi­ada­ją plaki­etek z taki­mi określe­ni­a­mi. To, co jest jedynie kwest­ią przy­pad­ku w jed­nej teorii fizy­cznej, w innej sta­je się typowym zjawiskiem, a tam, gdzie sama fizy­ka jest niepew­na, oce­ny „praw­dopodobieńst­wa” lub „niepraw­dopodobieńst­wa” jakiegoś zjawiska również są niepewne. Prob­lem tylko się pow­ięk­szy, gdy weźmiemy pod uwagę pewne „stałe przy­rody”.

Tak jak cała his­to­ria i ksz­tałt obser­wowal­nego wszechświa­ta zależą od spec­jal­nych warunk­ów początkowych w pier­wot­nym mod­elu Wielkiego Wybuchu, tak wiele spośród najogól­niejszych jego cech jest wyraźnie uza­leżnionych od dokład­nych wartoś­ci różnych „stałych przy­rody”. Wśród nich są takie wielkoś­ci jak masy cząstek ele­men­tarnych (kwarków, elek­tronów, neu­trin itp.) czy para­me­try fizy­czne, jak na przykład stała struk­tu­ry sub­tel­nej, która odzwier­cied­la względ­ną siłę różnych odd­zi­ały­wań. Niek­tórzy fizy­cy twierdzą, że gdy­by wartoś­ci tych „stałych” zmienić choć odrobinę, pod­sta­wowe ele­men­ty struk­tu­ry wszechświa­ta znacznie by się zmieniły. Na przykład pro­ton jest nieco lże­jszy od neu­tronu, ponieważ kwark dol­ny jest odrobinę cięższy od górnego, a jako że pro­ton jest lże­jszy od neu­tronu, nie może się roz­paść na neu­tron i pozytron. W rzeczy samej, pomi­mo inten­sy­wnych ekspery­men­tal­nych wysiłków, roz­pad pro­tonu nie został nigdy zaob­ser­wowany. Ale gdy­by był odpowied­nio cięższy od neu­tronu, był­by niesta­bil­ny, co radykalnie zmieniło­by całą znaną nam chemię.

Podob­nie argu­men­towano, że gdy­by stała struk­tu­ry sub­tel­nej, która charak­teryzu­je siłę odd­zi­ały­wań elek­tro­mag­ne­ty­cznych, zmieniła wartość o 4 pro­cent, to węgiel nie mógł­by być pro­duk­tem fuzji jądrowej we wnętrzach gwiazd. A bez wystar­cza­ją­cych zasobów węgla, życie na nim oparte nie mogło­by pow­stać. Jest to kole­jny powód, dla którego życie, jakie znamy, może się okazać radykalnie przy­godne. Gdy­by stałe przy­rody miały min­i­mal­nie inne wartoś­ci, nie było­by nas tutaj.

Naturalistyczne wyjaśnienia dostrojenia?

Jed­nak do szczegółów tego typu obliczeń trze­ba pode­jść z rez­er­wą. Mogło­by się wydawać, że pytanie o kon­sek­wenc­je manip­u­lowa­nia „stały­mi” przy­rody jest zwykłym matem­aty­cznym zagad­nie­niem, pomyślmy jed­nak o ogrom­nym intelek­tu­al­nym wysiłku, który trze­ba było włożyć w wymyśle­nie fizy­cznych kon­sek­wencji rzeczy­wistych wartoś­ci tych stałych. Nikt nie mógł­by usiąść i dro­bi­az­gowo wypra­cow­ać zupełnie nowej fizy­ki w week­end. Ale nawet jeśli przyjmiemy główny wniosek, że włas­noś­ci wielu spośród najpowszech­niejszych struk­tur we wszechświecie oraz bardziej złożonych fizy­cznych struk­tur, pozwala­ją­cych na ist­nie­nie orga­nizmów żywych, zależą od wartoś­ci tych stałych – to co z tego wyni­ka?

Niek­tórzy fizy­cy po pros­tu sądzą, że ist­nie­nie gwiazd, plan­et i życia nie powin­no wyma­gać tak wiele „szczęś­cia”. Prefer­owal­i­by teorię fizy­czną, w której pow­stawanie takich struk­tur jest typowym i powszech­nym zjawiskiem, a nie zakład­nikiem szczęśli­wego rzu­tu kos­miczny­mi kość­mi, który decy­du­je o wartoś­ci­ach stałych przy­rody. Oczy­wiś­cie metafo­ra rzu­tu kos­miczny­mi kość­mi nie jest zbyt for­tun­na: jeśli „stała przy­rody” naprawdę posi­a­da ustaloną wartość, to nie jest efek­tem żad­nego pro­ce­su losowego. Nie jest więc jasne, co by w tym kon­tekś­cie miało oznaczać, że pewne wartoś­ci, które uzyskaliśmy, były „niepraw­dopodob­ne” lub „nieoczeki­wane”.

Jeśli jed­nak sądz­imy, że ist­nie­nie zasobów węgla we wszechświecie nie powin­no wyma­gać, by wartoś­ci stałych przy­rody były spec­jalne i dalej niewytłu­maczalne, to jakie inne wyjaśnienia nam pozosta­ją? Widzieliśmy, jaki wpływ miała zmi­ana pod­sta­wowej dynami­ki Wielkiego Wybuchu na zmniejsze­nie wrażli­woś­ci pewnych zjawisk na warun­ki początkowe, przez co nabrały one raczej typowego niż wyjątkowego charak­teru. Czy jest jakaś fizy­ka, która mogła­by dostar­czyć podob­ne­go wyjaśnienia dla samych wartoś­ci „stałych przy­rody”?

Jeden ze sposobów na odpar­cie zarzu­tu, że jak­iś wynik jest niepraw­dopodob­ny, to zwięk­sze­nie licz­by okazji, przy których ten wynik może się pojaw­ić. Szansa, że konkret­ny plem­nik zna­jdzie komórkę jajową jest mała, ale zwięk­sze­nie licz­by plem­ników prze­bi­ja to niskie indy­wid­u­alne praw­dopodobieńst­wo, dzię­ki czemu reg­u­larnie pro­dukowane jest potomst­wo. Szansa, że mał­pa napisze Ham­le­ta uderza­jąc losowo w klaw­isze maszyny do pisa­nia jest zniko­ma, ale gdy­byśmy mieli wystar­cza­ją­co dużo małp i maszyn, hipote­ty­czne praw­dopodobieńst­wo uzyska­nia maszynopisu tej sztu­ki zbliżyło­by się do 100 pro­cent. Podob­nie, nawet jeśli wartoś­ci „stałych przy­rody” muszą się zmieś­cić w wąskim przedziale, który umożli­wi pow­stanie węgla, to przy odpowied­nio ­dużej licz­bie losowań przy­na­jm­niej jeden wynik może dać te spec­jalne wartoś­ci. Ale jak może być wiele „wyników losowa­nia” ­wartoś­ci stałych przy­rody, sko­ro mówi się, że są one wielkoś­ci­a­mi stały­mi?

Inflacja i superstruny

Teo­ria strun pod­suwa tu pewną możli­wość. Zgod­nie z nią, cza­so­przestrzeń posi­a­da więcej wymi­arów niż nam się wyda­je na pier­wszy rzut oka, i te dodatkowe wymi­ary powyżej czwartego są „uzwar­cone” i zwinięte w skali mikroskopowej, tworząc przestrzeń Cal­a­biego-Yau. Moż­na pokazać, że „stałe przy­rody” są uza­leżnione od dokład­nej formy uzwarce­nia. Ist­nieją set­ki tysię­cy, a potenc­jal­nie nieskończe­nie wiele, różnych możli­wych przestrzeni Cal­a­biego-Yau, a więc również odpowied­nio wiele sposobów uzyska­nia „stałych przy­rody”. Jeśli ist­nieje mech­a­nizm pozwala­ją­cy na zre­al­i­zowanie wszys­t­kich tych możli­woś­ci, to jest możli­we, że przy­na­jm­niej jed­na z nich będzie odpowiadała obser­wowanym przez nas wartoś­ciom.

Jed­na z teorii inflacji, zwana wieczną inflacją, dostar­cza mech­a­niz­mu prowadzącego do wszys­t­kich możli­wych przestrzeni. W tej teorii, pier­wot­nie przed­staw­ionej przez kos­mologów Andreia Lin­dego ze Stan­for­du i Alexan­dra Vilenk­i­na z Tufts, wszechświat jest o wiele, wiele więk­szy i bardziej egzo­ty­czny niż ten, który obser­wu­je­my i którego jesteśmy świado­mi. Więk­sza jego część jest w ciągłym stanie wykład­niczej inflacji, podob­nej do tej z fazy inflacji w nowym mod­elu Wielkiego Wybuchu. W tym cią­gle rozsz­erza­ją­cym się rejonie losowo pow­sta­ją „bąble” powoli rozsz­erza­jącej się cza­so­przestrzeni. W każdej z nich pojaw­ia się inne uzwarce­nie Cal­a­biego-Yau, a wraz z nią różne „stałe przy­rody”. Tak jak z mał­pa­mi i maszy­na­mi do pisa­nia, jest pewne, że w końcu pow­stanie ide­al­na kom­bi­nac­ja, tak więc nie powin­no zaskaki­wać, że ist­nieją wszechświaty przy­jazne życiu, takie jak nasz, i że isto­ty żywe, takie jak my, będą zamieszki­wały jeden z nich.

Lot na spadającym głazie

Ist­nieje jeszcze jed­na możli­wość uniknię­cia dostro­je­nia, którą warto rozważyć, nawet jeśli nie ma jeszcze konkret­nej teorii fizy­cznej, która by ją wspier­ała. W tym sce­nar­iuszu dynami­ka wszechświa­ta nie „celu­je” w żaden konkret­ny wynik ani też wszechświat nie sprawdza losowo wszys­t­kich możli­woś­ci, a mimo to pow­sta­ją światy wyglą­da­jące, jak­by wielkoś­ci fizy­czne zostały w nich zestro­jone ze sobą. Tego typu pro­cesy fizy­czne noszą nazwę home­ostazy.

Oto prosty przykład. Kiedy duży obiekt spa­da w atmos­ferze, początkowo przyspiesza ze wzglę­du na siłę graw­itacji. Gdy jego pręd­kość się zwięk­sza, zwięk­sza się też opór powi­etrza, który prze­ci­wdzi­ała graw­itacji. W końcu obiekt osią­ga pręd­kość koń­cową, gdzie siła oporu jest rów­na sile graw­itacji, więc przyspiesze­nie spa­da do zera, a pręd­kość obiek­tu przyj­mu­je stałą wartość.

Załóżmy, że na tym spada­ją­cym obiek­cie, ale już po tym, jak osiągnął koń­cową pręd­kość, wye­wolu­owały inteligentne isto­ty. Rozwi­ja­ją teorię graw­itacji, na pod­staw­ie której mogą wyliczyć ogól­ną siłę graw­itacji na swoim spada­ją­cym domu. Te obliczenia wyma­gały­by stwierdzenia dokład­nego składu obiek­tu w całej jego obję­toś­ci, by moż­na było określić jego masę. Rozwi­ja­ją również teorię oporu. Wielkość oporu wywołanego przez powierzch­nię obiek­tu była­by funkcją jego dokład­nego ksz­tał­tu: im gład­sza powierzch­nia, tym mniejszy opór. Sko­ro obiekt spa­da ze stałą pręd­koś­cią, to z fizy­ki tych istot wynikała­by „stała przy­rody” wiążą­ca ksz­tał­ty obiek­tów z siła­mi. Aby obliczyć całkow­ity opór, isto­ty te musi­ały­by pre­cyzyjnie odw­zorować ksz­tałt powierzch­ni i zas­tosować swo­ją „stałą przy­rody”.

Po skończe­niu tych trud­nych zadań, odkryły­by one niesamow­itą „zbieżność”: siła graw­itacji, która jest funkcją obję­toś­ci i składu obiek­tu, niemal dokład­nie zgadza się z całkow­itym oporem, który jest funkcją ksz­tał­tu powierzch­ni! Wydawało­by się, że jest to przykład niesamowitego dostro­je­nia: dane wyko­rzys­tane w jed­nych obliczeni­ach nie miały­by nic wspól­nego z dany­mi wyko­rzys­tany­mi w drugich, a mimo to wyni­ki by się pokry­wały. Gdy­by zmienić skład obiek­tu bez zmi­any ksz­tał­tu jego powierzch­ni, albo zmienić powierzch­nię bez zmi­any składu, obie wartoś­ci przes­tały­by być (niemal) równe.

Ale ta „mag­icz­na zbieżność” nie była­by wcale przy­pad­kowa. Prob­le­mem było­by to, że nasze isto­ty trak­towały­by pręd­kość spada­jącego obiek­tu jako „stałą przy­rody” – w końcu była stała odkąd ist­ni­ały – mimo że tak naprawdę jest ona zmi­en­na. Gdy obiekt zaczął spadać, siła graw­itacji nie równoważyła oporu, więc przyspieszał, zwięk­sza­jąc pręd­kość, a zarazem opór, dopó­ki siły te się nie zrów­nały. Podob­nie może­my wyobraz­ić sobie odkrycie, że pewne wartoś­ci uznawane przez nas za stałe nie są zmi­en­ny­mi pomiędzy różny­mi bąbla­mi, ale wewnątrz bąbli. Przy odpowied­nich prze­ci­w­stawnych siłach mogły one osiągnąć nat­u­ral­nie stan równowa­gi i wyglą­dać później na stałe. A w tym stanie różne nieza­leżne zmi­enne mogły się później „dostroić” do siebie.

Od zrozumienia do rozwiązania

Prob­lem kos­micznego dostro­je­nia nigdy nie został jas­no przed­staw­iony. Po pier­wsze nie wiado­mo, kiedy zasad­na jest skar­ga, że teo­ria fizy­cz­na trak­tu­je jakieś zjawisko jako wysoce przy­godne „dzieło przy­pad­ku”. Tam, gdzie jest ona uza­sad­niona, kos­molodzy mają kil­ka różnych sposobów uniknię­cia prob­le­mu. Teo­ria Wielkiego Wybuchu z inflacją pokazu­je, jak zmi­ana w dynam­ice może przek­sz­tał­cić delikat­ną zależność od warunk­ów początkowych w moc­ną nieza­leżność. Sce­nar­iusz bąbelkowego wszechświa­ta przed­staw­ia, jak moż­na obe­jść niskie indy­wid­u­alne praw­dopodobieńst­wa przez zwięk­sze­nie licz­by losowań. Home­ostaza zaś dostar­cza mech­a­niz­mu dla nat­u­ral­nej ewolucji zmi­en­nych wielkoś­ci w spec­jalne niezmieni­a­jące się wielkoś­ci, które moż­na omyłkowo wziąć za stałe przy­rody.

Jed­nak nasze współczesne rozu­mie­nie kos­mologii rzeczy­wiś­cie degradu­je wiele fak­tów o cen­tral­nym znacze­niu dla ludzi – w szczegól­noś­ci fakt ist­nienia naszego gatunku – do zwykłego kos­micznego przy­pad­ku i żad­na z metod przezwycięże­nia dostro­je­nia nie pozwala uniknąć tego wniosku. Być może ostate­cznie musimy pogodz­ić się z tym, że jesteśmy tylko kole­jnym przy­pad­kiem w przy­pad­kowym wszechświecie.

Przełożyła Elż­bi­eta Droz­dows­ka

The Cal­i­brat­ed Cos­mos, “Aeon”, 12 listopa­da 2013. Przekład za zgodą Auto­ra.


Tekst jest dostęp­ny na licencji: Uznanie autorstwa-Na tych samych warunk­ach 3.0 Pol­s­ka.

Ilus­trac­ja: Peter Api­an, Cos­mo­graphia, Antwer­pia 1539

Najnowszy numer można nabyć od 10 lipca w salonikach prasowych wielu sieci. Szczegóły zob. tutaj.

Numery drukowane można zamówić online > tutaj. Prenumeratę na rok 2019 można zamówić > tutaj.

Aby dobrowolnie WESPRZEĆ naszą inicjatywę dowolną kwotą, kliknij „tutaj”.

Dołącz do Załogi F! Pomóż nam tworzyć jedyne w Polsce czasopismo popularyzujące filozofię. Na temat obszarów współpracy można przeczytać tutaj.

Wesprzyj „Filozofuj!” finansowo

Jeśli chcesz wesprzeć tę inicjatywę dowolną kwotą (1 zł, 2 zł lub inną), przejdź do zakładki „WSPARCIE” na naszej stronie, klikając poniższy link. Klik: Chcę wesprzeć „Filozofuj!”

Polecamy