Lokal fininnstilling og beboelige soner
Guillermo Gonzalez; 6. april 2023. Oversatt herfra.

Redaktørens notat: Vi er glade for å presentere en serie utdrag fra kapitler i den nylige boken Science and Faith in Dialogue, redigert av Frederik van Niekerk og Nico Vorster. Du kan laste ned hele boken gratis ved å gå hit.

I andre halvdel av 1900-tallet oppdaget fysikere at verdiene til de fysiske konstantene og kosmologiske startforholdene ikke måtte avvike særlig fra deres observerte verdier for at liv skal være mulig i universet (Barrow & Tipler 1986; Collins 2003; Rees 2000, 2003). Små endringer i verdiene til noen konstanter, for eksempel, vil resultere i universer som er altfor kortvarige eller for enkle (f.eks. bare hydrogen eller sorte hull) eller for kaotiske for liv. Konklusjonen fra disse teoretiske betraktningene er at universet må 'finjusteres' for livet.

Bilde 1. Foto fra ISS

Ved å vurdere finjustering, antar fysikere at konstantene og startbetingelsene (og muligens de fysiske lovene) kunne vært annerledes. Med andre ord er universet vårt ikke logisk nødvendig. Dermed oppstår spørsmålet om egenskapene til vårt spesielle univers er designet og valgt for oss. Alternativt, hvor mye av det vi observerer ble valgt av oss? Det siste spørsmålet faller inn under kategorien til det antropiske prinsippet. Observatørens selvvalgte 'forklaring' på egenskapene til universet vi bor i (det svake antropiske prinsippet) lider imidlertid av mangel på uavhengige observasjonsbevis for andre universer eller domener, og teoretisk motivasjon for dem er kontroversiell.

Bilde 2. Eks. på elementer i det antropiske prinsipp

To typer finjustering

Det er nyttig å dele finjustering i to forskjellige typer, som vi vil kalle 'global' og 'lokal.' Global fininnstilling omhandler de globale egenskapene til det observerbare universet. Disse inkluderer massene til de grunnleggende partiklene, styrken til de fire grunnleggende kreftene, de første kosmologiske forholdene og den kosmologiske konstanten.
Til kontrast inkluderer lokal fininnstilling ting som ikke er universelle i sine egenskaper: planeter, stjerner og galakser. Ikke bare vet vi at planeter, stjerner og galakser ikke har faste egenskaper, vi observerer faktisk at de varierer i sine egenskaper over et bredt spekter. Vi kan studere hvordan livet avhenger av de lokale parameterne, mens vi holder de globale parameterne faste. Vi kan også telle antallene deres. For lokal fininnstilling har vi derfor et håp om nøyaktig å kvantifisere de tilgjengelige sannsynlighetsressursene og estimere hvor mye av våre lokale forhold som kan forklares, ved selvvalg fra observatører.

Selv om det er nyttig å undersøke finjustering på denne måten, må vi til slutt slutte oss til lokal og global fininnstilling, hvis vi skal finne ut hvor finjustert universet vårt er for livet. Diskusjoner om global fininnstilling tar oss ikke veldig langt, med mindre vi forstår hvordan de globale parameterverdiene instansieres lokalt i planeter, stjerner og galakser.

Historisk sett har lokal fininnstilling blitt utforsket innenfor konteksten av eksobiologi eller astrobiologi. Motivert av ønsket om å finne andre bebodde planeter, har astrobiologer forsøkt å bestemme hele spekteret av miljøer som er kompatible med liv (dvs. beboelige miljøer). I løpet av de siste 20 årene har det blitt gjort betydelige fremskritt mot dette målet. I det følgende avsnittet gjennomgår jeg kunnskapstilstanden vår om beboelige miljøer (Gonzalez 2005). I avsnittet 'Implikasjoner for global fininnstilling' går jeg tilbake til temaet global fininnstilling og beskriver hvordan lokal og global fininnstilling er knyttet sammen.

Beboelige soner: en introduksjon
Siden introduksjonen for over fire tiår siden, har CBS-konseptet (Circumstellar Beboelig Sone) tjent til å fokusere vitenskapelige diskusjoner om beboelighet i planetsystemer. Tidlige studier definerte ganske enkelt CBS som det området av avstander fra solen, som en jordlignende planet må være innenfor, for å opprettholde flytende vann på overflaten. For nærme, og for mye vann kommer inn i atmosfæren, noe som fører til en løpsk drivhuseffekt. For langt, og for mye vann fryser, noe som fører til 'løpske' isbreer. Siden den beskjedne begynnelsen har CBS-modeller blitt mer komplekse og realistiske, mest på grunn av forbedringer i behandlingen av energitransport i planetariske atmosfærer og inkluderingen av karbon-silikat-syklusen. Underveis har Mars og Venus fungert som 'den virkelige verden' testtilfeller av CBS-grensene.

Bilde 3. Lokal beboelig sone i vår solsystem

CBS har vært et viktig samlende konsept innen astrobiologi. Forskning på CBS krever kunnskap om stjernenes evolusjon, planetarisk dynamikk, klimatologi, biologi og geofysikk. Men selv moderne CHZ-modeller er langt fra komplette. Mange faktorer knyttet til planetdannelsesprosesser og påfølgende gravitasjonsdynamikk har ennå ikke blitt innlemmet på en formell måte.
Selv om de ikke var de første som diskuterte beboelighet utenfor solsystemet, var Gonzalez, Brownlee og Ward (2001a, 2001b) de første som introduserte et samlende konsept kalt GHZ. GHZ beskriver beboelighet på skalaen til MWG. Mens GHZ, overfladisk sett, virker lik CBS, er den basert på et helt annet sett med fysiske prosesser, inkludert de radielle gradientene til supernovahastigheten, gassmetallisitet, gasstetthet og tetthet av stjerner i den galaktiske skiven. Det bør også være mulig å definere beboelige soner for andre galakser og til og med utvide konseptet til hele universet (Lineweaver 2001). Den største av alle beboelige soner kan kalles CHA, som beskriver utviklingen av universets beboelighet over tid.

I den følgende teksten {i serien som kommer -oversetters tilføyelse} vil publiserte studier som er relevante for CBS, GHZ og CHA bli gjennomgått, men først vil livets grunnleggende behov bli gjennomgått.

Les resten ved å laste ned en gratis kopi av 'Vitenskap og tro i dialog' her.

GUILLERMO GONZALEZ

SENIOR stipendiat, SENTER FOR VITENSKAP OG KULTUR
Guillermo Gonzalez er seniorstipendiat ved Discovery Institutes senter for vitenskap og kultur. Han fikk sin Ph.D. i astronomi i 1993 fra University of Washington. Han har utført postdoktorarbeid ved University of Texas, Austin og ved University of Washington og har mottatt stipendier, stipender og priser fra institusjoner som NASA, University of Washington, Templeton Foundation, Sigma Xi (vitenskapelig forskningssamfunn) og National Science Foundation.