Universelle konstanter -forts. 1-del her.
Det kosmologiske konstante problemet
Observasjoner konkluderte med at universet i kosmologiske skalaer, i skalaen til galaksehoper, er homogent og isotropt. Videre ser det ut til at universet er i en ekspansjonstid (først bemerket av Hubble og Lemaitre). For å oppnå et ekspanderende univers kan man legge til den kosmologiske konstanten. Det viser seg at når vi bruker kvantefeltteori for å beregne vakuumenergibidraget, skiller den teoretisk oppnådde verdien og den eksperimentelt observerte seg med 121 størrelsesordener. Selv når man tar supersymmetri for å være tilfelle, forblir forskjellen fortsatt på omtrent 80 størrelsesordener.
Flathetsproblemet
Det er velkjent at vårt ekspanderende univers kan beskrives godt av en Friedmann-LemaˆıtreRobertson-Walker-metrikk som er den generelle metrikken for et isotropt, homogent ekspanderende univers. Universet vårt i dag er veldig flatt, noe som betyr at k = 0, derfor følger det av ligningen at Ω i dag er veldig nær 1. Ved å bruke noen algebraiske manipulasjoner kan man beregne hva Ω var i det tidlige universet. Det viser seg at for å ha Ω = 1 i dag, må Ωearly også ligge ekstremt nær 1. Denne finjusteringen av Ωearly kalles flathetsproblemet. Dette problemet er det inflasjonsteorien løser.
Bilde 1. Higgs partikkelen er meta-stabil
Higgs-massen
Higgs-bosonet, helt nylig oppdaget, spiller en viktig rolle i standardmodellen: det er det eneste skalarfeltet (spinn = 0) og koblingen til dette bosonet er ansvarlig for en del av massen til elementærpartiklene. For å holde Higgs-massen innenfor det observerte området, kreves det derfor store kanselleringer mellom hverandre i sløyfekorreksjonene, som effektivt introduserer et nytt begrep som nesten nøyaktig kansellerer sløyfebegrepet, til en høy grad av presisjon. Dette er ikke noe problem siden denne nye termen ikke er observerbar og den nåværende verdien av Higgs-massen stemmer godt overens med spådommer og målinger. Dette kalles Hierarkiproblemet siden disse ekstra vilkårene må finjusteres. En populær løsning på dette problemet er supersymmetri: utsagnet om at hver partikkel i standard-modellen har en superpartner, kalt en spartikk. Disse nye glassene kan introdusere nye løkker som effektivt motvirker de originale store bidragene. Likevel, ettersom disse løkkene er avhengige av massene til disse spartikkene, vil alle spartikler med en masse høyere enn Higgs-massen gjeninnføre problemet. Problemet er derfor forskjøvet fra vilkårlig presise sløyfekanselleringer til massene av disse partiklene. Imidlertid er det foreløpig ingen eksperimentelle bevis for supersymmetri.
Det sterke CP-problemet
For at enhver kvantefeltteori skal være konsistent, må den være symmetrisk under den kombinerte handlingen til CPT:
1. C-symmetri (ladningskonjugering)
2. P-symmetri (paritet)
3. T-symmetri (tidsreversering)
Designet som urverk
Akkurat som de intrikate virkemåtene til en klokke, kunne universet og dets finjusterte konstanter også være skapt av en metafysisk enhet som absolutt kunne sin fysikk?
Mange fysiske konstanter må ligge i et ekstremt smalt område, for at liv skal eksistere. Foreløpig har vi ingen forklaring på hvorfor visse fysiske konstanter har de nøyaktige verdiene som tillater liv, spesielt med tanke på at hver verdi i de mulige områdene er like sannsynlige. Det er ingen begrensninger på de mulige verdiene som noen av konstantene kan ta. Sannsynligheten for å ha liv som tillater konstanter er forsvinnende liten. Veldig usannsynlig, ikke teoretisk umulig, fordi den ikke er nøyaktig 0. Ikke desto mindre, når sannsynligheten er mindre enn ett positivt utfall i et område på mer enn 1^50 i henhold til Borels lov, kan vi konkludere med at en viss hendelse er umulig å inntreffe tilfeldigvis.
Bilde 2. Det største problem i fysikken -kan ha design teleologi
Når man tenker på designargumentet, går det stort sett omtrent slik
1. Universet vårt virker bemerkelsesverdig finjustert for fremveksten av karbonbasert liv;
2. Fysikkens grensebetingelser og lover kunne ikke ha skilt seg for mye fra måten de er, for at universet skal inneholde liv;
3. Universet vårt inneholder liv. Derfor 1. Universet vårt er usannsynlig; 2. "Vårt univers er skapt av et eller annet intelligent vesen" er den beste forklaringen. Slik at 1. En univers-skapende intelligent enhet eksisterer.
-Som en som ikke tror på metafysiske vesener, følger jeg ikke denne løsningen. Gjennom historien har vi sett at flere og flere fenomener som først ble beskrevet som «guddommelig inngripen» gjorde plass for en naturlig, fysisk forklaring. Jeg tror det ville være mer sannsynlig at finjusteringsproblemet også kan løses uten å påberope seg en metafysisk virkelighet. Men vanskeligheten med dette problemet bør ikke undervurderes. Hvis det virkelig er en universell matematisk struktur som angitt av Tegmark, bør finjusteringsproblemet forklares med denne teorien. Det virker som om hvert forsøk på å analysere problemet ved hjelp av sannsynlig-hetsteori enten mislykkes eller endrer spørsmålet. Selv da forblir sannsynligheten for at universet vårt har konstanter med disse verdiene svært lav. Naturligvis virker det derfor motintuitivt å tro på denne løsningen. At vi rett og slett er de 'heldige', hovedsakelig fordi sannsynligheten i seg selv er veldig kontraintuitiv. For å være ærlig er det et svært utilfredsstillende forslag. Til slutt virker det som om å velge dette forslaget er det samme som å forlate søket etter en forklaring. På en eller annen måte, finner jeg likevel dette mer overbevisende enn det antropiske prinsippet og designargumentet.
Grassos kommentar: Dette er en bemerkelsesverdig tilståelse. Forfatteren foretrekker, i stedet for å la bevisene føre til den beste, saksmessige forklaringen, å holde seg til sitt a priori bestemte og vedtatte verdensbilde, uansett om bevisene peker i en annen retning. Den neste påstanden er basert på ingen bevis: Aldri har det vært en overbevisende forklaring på naturfenomener basert på alternative mekanismer å designe. Til slutt holder han seg til et klassisk "i gapene"-argument, og påberoper seg naturlige forklaringer, som ennå ikke er oppdaget.
Bilde 3. Opprinnelsesproblemet
Fred C. Adams: The Degree of Fine-Tuning in our Universe – and Others 11. feb 2019
Innenfor universet vårt har fysikkens lover den rette formen til å støtte alle byggesteinene som trengs for at observatører skal oppstå. Imidlertid har en stor og voksende mengde forskning hevdet at relativt små endringer i fysikkens lover kan gjøre universet ute av stand til å støtte liv. Med andre ord kan universet finjusteres for utvikling av kompleksitet. Listen over nødvendige strukturer for å ha et liv som tillater univers inkluderer komplekse kjerner, planeter, stjerner, galakser og selve universet. I tillegg til deres eksistens, må disse strukturene ha de rette egenskapene for å støtte observatører. Stabile kjerner må finnes i en tilstrekkelig del av det periodiske systemet. Stjerner må være tilstrekkelig varme og leve lenge. Galaksene må ha gravitasjonspotensialbrønner som er dype nok til å beholde tunge grunnstoffer produsert av stjerner og ikke for tette, slik at planetene kan forbli i bane. Universet i seg selv må la galakser dannes og leve lenge nok til at kompleksitet kan oppstå.
For å gjøre en fullstendig vurdering av graden av finjustering av universet, må man ta for seg følgende komponenter av problemet:
I Spesifikasjon av relevante parametere for fysikk og astrofysikk som kan variere.
II Bestemmelse av tillatte rekkevidde av parametere som tillater utvikling av kompleksitet og dermed observatører.
III Identifikasjon av de underliggende sannsynlighetsfordelingene som de fundamentale parameterne er tatt fra, inkludert det fulle mulige området som parametrene kan ta.
IV Betraktning av seleksjonseffekter som tillater tolkning av observerte egenskaper i sammenheng med a priori sannsynlighetsfordelinger.
V Syntese av de foregående ingrediensene for å bestemme den generelle sannsynligheten for at universet blir beboelig.
Bilde 4. Helhetssyn på universet indikerer design
Å studere graden av innstilling som er nødvendig for at universet skal fungere, gir oss en større forståelse av hvordan det fungerer.
Både de grunnleggende konstantene som beskriver fysikkens lover og de kosmologiske parameterne som bestemmer egenskapene til universet vårt må falle innenfor en rekke verdier for at kosmos skal utvikle astrofysiske strukturer og til slutt støtte liv. 1 år. Standardmodellen for partikkelfysikk inneholder både koblingskonstanter a og partikkelmasser.
De kosmologiske parameterne, inkludert
- den totale energitettheten til universet (Ω),
- bidraget fra vakuumenergi (ρΛ),
- forholdet mellom baryon og foton (η),
- bidraget fra mørk materie (δ),
- amplituden til primordiale tetthetsfluktuasjoner (Q).
er mengder som er begrenset av kravene om at universet lever i tilstrekkelig lang tid, kommer fra epoken av Big Bang Nukleosyntese med en akseptabel kjemisk sammensetning, og kan med hell produsere storskala strukturer som galakser. I mindre skalaer må stjerner og planeter kunne dannes og fungere. Stjernene må ha tilstrekkelig lang levetid, ha høye nok overflatetemperaturer og ha mindre masser enn vertsgalaksene. Planetene må være massive nok til å holde på en atmosfære, men likevel små nok til å forbli ikke-degenererte, og inneholde nok partikler til å støtte en biosfære med tilstrekkelig kompleksitet.
Bilde 5. Variasjonsområde for livsgivende fysiske konstanter
Disse kravene legger begrensninger på
- gravitasjons-strukturkonstanten (αG),
- finstrukturkonstanten (α),
- sammensatte parametere (C?)
som spesifiserer kjernefysiske reaksjonshastigheter. Spesifikke tilfeller krever også finjustering i stjernenukleosyntesen, inkludert trippel-alfa-reaksjonen som produserer karbon. Et grunnleggende spørsmål oppstår dermed: Hvilke versjoner av fysikkens lover er nødvendige for utviklingen av astrofysiske strukturer, som igjen er nødvendige for utviklingen av liv?
Fysiske konstanter Fysikkens fremskritt har avslørt en rekke fysiske konstanter, som alle har blitt målt med ulik grad av presisjon – for eksempel lysets hastighet (c), Plancks konstant (η), gravitasjonskonstanten (G) , ladningen til elektronet (e), og massene til forskjellige elementærpartikler som protonet (mp) og elektronet (me). Etter hvert som fysikken har blitt gradvis forent, har antallet grunnleggende konstanter redusert, men det er fortsatt et stort antall av dem.
Standardmodellen for partikkelfysikk har 26, og standardmodellen for kosmologi har seks konstanter.
Bilde 6. Hierarki av finstruktur kontanter:
Oversettelse, bilder og understreking ved Asbjørn E. Lund