Principiul Antropic si reglajul fin al Universului

Martin Heidegger, considerat de multi ca fiind cel mai mare filosof al timpurilor noastre, îsi începea unul din cursurile sale cu o întrebare ametitoare: de ce exista ceea ce exista, de ce exista totul mai degraba decât nimic? Mai simplu spus, de ce exista Universul, de ce existam noi?

Timp de aproape o jumatate de secol, fizicienii teoreticieni au facut o serie de descoperiri care au evidentiat faptul ca anumite constante din fizica fundamentala par extrem de fin reglate pentru a permite aparitia unui Univers care poate gazdui viata. Constantele din Modelul Standard al fizicii particulelor au ghidat formarea nucleelor de hidrogen în timpul Big Bang-ului, precum si formarea atomilor de carbon si oxigen în nucleele stelelor masive de prima generatie care au explodat sub forma de supernove. La rândul lor, toate aceste procese au stabilit conditiile pentru aparitia sistemelor solare si planetare capabile sa sustina viata pe baza de carbon. Aceasta este dependenta de apa si oxigen.

Teoria conform careia Principiul Antropic a ghidat procesele fizice si evolutia Universului a fost propusa initial de catre Brandon Carter în timp ce acesta era cercetator postdoctorand în astrofizica la University of Cambridge. Aceasta teorie a fost ulterior dezbatuta de catre savantul Stephen Hawking si numerosi alti fizicieni din întreaga lume.

În prezent, savantul german Ulf-G Meißner, teoretician în fizica nucleara la Helmholtz Institute, University of Bonn, adauga o serie de noi descoperiri care sustin Principiul Antropic.

Într-un nou studiu intitulat „Anthropic considerations în nuclear physics” (N.t. Consideratii antropice în fizica nucleara) si publicat în revista „Science Bulletin” (denumita anterior „Chinese Science Bulletin”), profesorul Meißner prezinta o imagine de ansamblu a principiului antropic în astrofizica si fizica particulelor. Acesta afirma ca „se pot efectua teste de natura fizica ale acestui principiu abstract în cazul unor procese specifice cum ar fi generarea elementelor chimice”Principiul Antropic si reglajul fin al Universului

„Acest lucru poate fi realizat cu ajutorul unor calculatoare foarte performante care ne permit sa simulam lumi diferite în care parametrii fundamentali care stau la baza fizicii nucleare pot lua valori diferite fata de cele din natura”, explica el.

„Ne referim aici la probleme specifice din fizica, cum ar fi cât este de sensibil procesul de formare al elementelor usoare în Big Bang fata de schimbarea masei quarcurilor usori si, de asemenea, cât este de stabila starea de rezonanta în procesul triplu alfa, adica cât se apropie asa-numita stare Hoyle de energia corespunzatoare pentru 4He+8Be, fata de variatia masei quarcurilor si variatia constantei structurii fine (N.t aceasta defineste forta interactiunilor electromagnetice)”, adauga el.

Brandon Carter a afirmat initial ca: „Universul (si, prin urmare, parametrii fundamentali de care acesta depinde) trebuie sa fie astfel încât sa permita aparitia unor observatori în interiorul sau, la un moment dat”.

Stephen Hawking, expert în problema Big Bang-ului si inflatia cosmica, a extins dialogul pe baza principiului antropic într-o serie de lucrari si carti. În „A Brief History of Time” (O scurta istorie a timpului) el prezinta o serie de procese si constante din astrofizica ce par sa sustina teoria Principiului Antropic si se întreaba: „De ce a început Universul sa se extinda cu o rata de expansiune atât de apropiata de rata critica de expansiune care separa universurile care colapseaza de cele care se extind pentru totdeauna, astfel încât chiar si dupa zece miliarde de ani, acesta continua sa se extinda cu o rata apropiata de cea critica?”principiul antropic

„Daca dupa o secunda de la Big Bang rata de expansiune ar fi fost mai mica numai cu unu la o suta de mii de milioane de milioane”, explica el, „Universul ar fi colapsat înainte de a ajunge vreodata la dimensiunea sa actuala”.

Profesorul Ulf-G Meißner afirma în noul sau studiu ca „Universul în care traim este caracterizat de anumiti parametri care au anumite valori specifice ce par a fi extrem de fin reglate pentru a permite aparitia vietii, inclusiv pe Pamânt”.

„De exemplu, vârsta Universului trebuie sa fie suficient de mare pentru a permite formarea galaxiilor, stelelor si planetelor, precum si pentru ca stelele din a doua si a treia generatie, care contin carbon si oxigen, sa se raspândeasca pe baza exploziei stelelor anterioare”, spune el.

„Chiar si la o scara microscopica”, adauga el, „anumiti parametri fundamentali ai Modelului Standard pentru maselor quarcurilor usori si constanta structurii fine trebuie sa aiba anumite valori care permit formarea neutronilor, protonilor si nucleelor atomice”.

Formarea elementelor grele
Formarea elementelor grele

În timp ce nucleosinteza Big Bang-ului a dat nastere la nucleele de hidrogen si particulele alfa (nuclee 4He), elementele care sunt considerate, în general, esentiale pentru viata, inclusiv carbonul si oxigenul, au fost produse mai târziu în interiorul stelelor masive ce au avut o durata scurta de viata. Unele dintre acestea au explodat sub forma de supernova, raspândind aceste elemente pentru generatiile ulterioare de sisteme stelare.

Într-o serie de experimente care au implicat simulari computerizate complexe realizate cu ajutorul supercomputerului JUQUUEN de la Forschungszentrum Jülich, profesorul Meißner si colegii sai au modificat valorile maselor quarcurilor usori fata de cele cunoscute pentru a determina cât de mare poate fi aceasta variatie pentru a împiedica formarea carbonului sau oxigenului în interiorul stelelor masive. „Este putin probabil ca variatii ale maselor quarcurilor usori de pâna la 2-3 la suta sa fie catastrofale pentru formarea carbonului si a oxigenului”, concluzioneaza el. 

Masa quarcurilor ?i via?a de pe P?mânt
Masa quarcurilor si viata de pe Terra

Chiar mai devreme, în timpul generarii nucleelor corespunzatoare primelor doua elemente din Tabelul Periodic, „pe baza abundentei observate a elementelor si din faptul ca neutronul liber se dezintegreaza în aproximativ 882 secunde si ca neutronii ramasi sunt în cea mai mare parte capturati în 4He, am descoperit ca exista o dependenta stricta fata de variatia masei quarcurilor usori…”

Profesorul Meißner afirma ca „nucleosinteza Big Bang-ului stabileste într-adevar niste limite foarte strânse ale variatiei masei quarcurilor usori.” „Un domeniu de variatie atât de strâns sustine principiul antropic în Univers”, adauga el.

„În mod evident, cineva se poate gândi la existenta mai multor universuri, a unui multivers, în care anumiti parametri fundamentali pot avea diferite valori si care conduc la aparitia unor universuri foarte diferite de al nostru”, afirma profesorul Meißner.

Asa cum sustine profesorul Stephen Hawking, chiar si o variatie foarte mica a constantelor fundamentale ale fizicii din acest ipotetic multivers ar putea conduce la „aparitia unor universuri care, desi ar putea fi foarte frumoase, nu ar putea gazdui fiinte inteligente capabile sa-si puna întrebari cu privire la Universul în care traiesc”.

„În acest sens”, afirma profesorul Meißner, „Universul nostru are un statut aparte si aceasta constatare sta la baza asa-numitului principiu antropic”.

In incheiere va prezint si parametrii Universului, in varianta originala, preluata de pe site-ul http://www.godandscience.org/apologetics/designun.html

Fine Tuning Parameters for the Universe550961_359458597473889_1882725347_n
  1. strong nuclear force constant
    if larger: no hydrogen would form; atomic nuclei for most life-essential elements would be unstable; thus, no life chemistry
    if smaller: no elements heavier than hydrogen would form: again, no life chemistry
  2. weak nuclear force constant
    if larger: too much hydrogen would convert to helium in big bang; hence, stars would convert too much matter into heavy elements making life chemistry impossible
    if smaller: too little helium would be produced from big bang; hence, stars would convert too little matter into heavy elements making life chemistry impossible
  3. gravitational force constant
    if larger: stars would be too hot and would burn too rapidly and too unevenly for life chemistry
    if smaller: stars would be too cool to ignite nuclear fusion; thus, many of the elements needed for life chemistry would never form
  4. electromagnetic force constant
    if greater: chemical bonding would be disrupted; elements more massive than boron would be unstable to fission
    if lesser: chemical bonding would be insufficient for life chemistry
  5. ratio of electromagnetic force constant to gravitational force constant
    if larger: all stars would be at least 40% more massive than the sun; hence, stellar burning would be too brief and too uneven for life support
    if smaller: all stars would be at least 20% less massive than the sun, thus incapable of producing heavy elements
  6. ratio of electron to proton mass
    if larger: chemical bonding would be insufficient for life chemistry582668_339342282818854_2099435788_n
    if smaller: same as above
  7. ratio of number of protons to number of electrons
    if larger: electromagnetism would dominate gravity, preventing galaxy, star, and planet formation
    if smaller: same as above
  8. expansion rate of the universe
    if larger: no galaxies would form
    if smaller: universe would collapse, even before stars formed
  9. entropy level of the universe
    if larger: stars would not form within proto-galaxies
    if smaller: no proto-galaxies would form
  10. mass density of the universe
    if larger: overabundance of deuterium from big bang would cause stars to burn rapidly, too rapidly for life to form
    if smaller: insufficient helium from big bang would result in a shortage of heavy elements
  11. velocity of light
    if faster: stars would be too luminous for life support if slower: stars would be insufficiently luminous for life support
  12. age of the universe
    if older: no solar-type stars in a stable burning phase would exist in the right (for life) part of the galaxy
    if younger: solar-type stars in a stable burning phase would not yet have formed
  13. initial uniformity of radiation
    if more uniform: stars, star clusters, and galaxies would not have formed
    if less uniform: universe by now would be mostly black holes and empty space
  14. average distance between galaxies
    if larger: star formation late enough in the history of the universe would be hampered by lack of material
    if smaller: gravitational tug-of-wars would destabilize the sun’s orbit
  15. density of galaxy cluster578029_384396048313477_1521572242_n
    if denser: galaxy collisions and mergers would disrupt the sun’s orbit
    if less dense: star formation late enough in the history of the universe would be hampered by lack of material
  16. average distance between stars
    if larger: heavy element density would be too sparse for rocky planets to form
    if smaller: planetary orbits would be too unstable for life
  17. fine structure constant (describing the fine-structure splitting of spectral lines) if larger: all stars would be at least 30% less massive than the sun
    if larger than 0.06: matter would be unstable in large magnetic fields
    if smaller: all stars would be at least 80% more massive than the sun
  18. decay rate of protons
    if greater: life would be exterminated by the release of radiation
    if smaller: universe would contain insufficient matter for life
  19. 12C to 16O nuclear energy level ratio
    if larger: universe would contain insufficient oxygen for life
    if smaller: universe would contain insufficient carbon for life
  20. ground state energy level for 4He
    if larger: universe would contain insufficient carbon and oxygen for life
    if smaller: same as above
  21. decay rate of 8Be
    if slower: heavy element fusion would generate catastrophic explosions in all the stars
    if faster: no element heavier than beryllium would form; thus, no life chemistry
  22. ratio of neutron mass to proton mass
    if higher: neutron decay would yield too few neutrons for the formation of many life-essential elements
    if lower: neutron decay would produce so many neutrons as to collapse all stars into neutron stars or black holes
  23. initial excess of nucleons over anti-nucleons
    if greater: radiation would prohibit planet formationPrincipiul antropic (2)
    if lesser: matter would be insufficient for galaxy or star formation
  24. polarity of the water molecule
    if greater: heat of fusion and vaporization would be too high for life
    if smaller: heat of fusion and vaporization would be too low for life; liquid water would not work as a solvent for life chemistry; ice would not float, and a runaway freeze-up would result
  25. supernovae eruptions
    if too close, too frequent, or too late: radiation would exterminate life on the planet
    if too distant, too infrequent, or too soon: heavy elements would be too sparse for rocky planets to form
  26. white dwarf binaries
    if too few: insufficient fluorine would exist for life chemistry
    if too many: planetary orbits would be too unstable for life
    if formed too soon: insufficient fluorine production
    if formed too late: fluorine would arrive too late for life chemistry
  27. ratio of exotic matter mass to ordinary matter mass
    if larger: universe would collapse before solar-type stars could form
    if smaller: no galaxies would form
  28. number of effective dimensions in the early universe
    if larger: quantum mechanics, gravity, and relativity could not coexist; thus, life would be impossible270742_348906591862423_201545594_n
    if smaller: same result
  29. number of effective dimensions in the present universe
    if smaller: electron, planet, and star orbits would become unstable
    if larger: same result
  30. mass of the neutrino
    if smaller: galaxy clusters, galaxies, and stars would not form
    if larger: galaxy clusters and galaxies would be too dense
  31. big bang ripples
    if smaller: galaxies would not form; universe would expand too rapidly
    if larger: galaxies/galaxy clusters would be too dense for life; black holes would dominate; universe would collapse before life-site could form
  32. size of the relativistic dilation factor
    if smaller: certain life-essential chemical reactions will not function properly
    if larger: same result
  33. uncertainty magnitude in the Heisenberg uncertainty principle
    if smaller: oxygen transport to body cells would be too small and certain life-essential elements would be unstable
    if larger: oxygen transport to body cells would be too great and certain life-essential elements would be unstable
  34. cosmological constant
    if larger: universe would expand too quickly to form solar-type stars

Taken from  Big Bang Refined by Fire by Dr. Hugh Ross, 1998. Reasons To Believe, Pasadena, CA.

Traducere sii adaptare dupa New Evidence For Anthropic Theory That Fundamental Physics Constants Underlie Life-Enabling Universe

Bogdan

Per aspera ad astra