Изучение Мультивселенной для наилучших условий жизни

А если бы существовали другие вселенные, какими бы они были? Могут ли они быть обитаемыми?

Это может показаться спекуляцией, нагроможденной на спекуляцию, но это не так безумно, как вы можете подумать.

Мои коллеги и я изучали, на что могут быть похожи другие части мультивселенной — и что эти гипотетические соседние вселенные могут рассказать нам об условиях, которые делают жизнь возможной, и о том, как они возникают.

Вселенные «что, если»

Некоторые физики утверждают, что всплеск быстрого расширения на космической заре, известный как инфляция, делает неизбежной ту или иную форму Мультивселенной. Наша вселенная была бы просто одной из многих.

В этой теории каждая новая вселенная выкристаллизовывается из бурлящего фона инфляции, запечатленная в своей собственной уникальной смеси физических законов.

Если физические законы, подобные нашим, управляют этими другими вселенными, тогда мы можем с ними справиться. Ну, по крайней мере, в теории.

В нашей вселенной физика управляется правилами, которые говорят нам, как вещи должны взаимодействовать друг с другом, и константами природы, такими как скорость света, которые определяют силу этих взаимодействий. Таким образом, мы можем представить себе гипотетические вселенные «что, если», в которых мы изменим эти свойства и исследуем последствия с помощью математических уравнений.

Это может показаться простым, но правила, с которыми мы работаем, составляют основу Вселенной. Если представить Вселенную, где, скажем, электрон в сто раз тяжелее, чем в нашей Вселенной, то каковы будут последствия этого для звезд, планет и даже жизни?

Что нужно для жизни?

Недавно мы рассмотрели этот вопрос в серии статей, в которых рассматривали обитаемость в мультивселенной. Конечно, обитаемость — сложная концепция, но мы думаем, что для того, чтобы жизнь заработала, требуется несколько отборных ингредиентов.

Сложность — один из таких ингредиентов. Для жизни на Земле эта сложность возникает из-за элементов таблицы Менделеева, которые можно смешивать и образовывать множество различных молекул. Мы живые молекулярные машины.

Но стабильная среда и постоянный поток энергии также необходимы. Неудивительно, что земная жизнь зародилась на поверхности каменистой планеты, с обилием химических элементов, залитой светом долгоживущей стабильной звезды.

Настройка фундаментальных сил

Существуют ли подобные среды в пределах мультивселенной? Мы начали наше теоретическое исследование с рассмотрения распространенности химических элементов.

В нашей Вселенной, за исключением первичных водорода и гелия, которые образовались в результате Большого взрыва, все элементы возникают в результате жизни звезд. Они возникают либо в результате ядерных реакций в звездных ядрах, либо в результате невероятного взрыва сверхновых, когда массивная звезда разрывается на части в конце своей жизни.

Все эти процессы управляются четырьмя фундаментальными силами Вселенной. Гравитация сжимает звездное ядро, увеличивая его температуру и плотность.

Электромагнетизм пытается развести атомные ядра, но если они смогут подобраться достаточно близко, сильное ядерное взаимодействие может связать их в новый элемент. Даже слабое ядерное взаимодействие, которое может превратить протон в нейтрон, играет важную роль в воспламенении звездной печи.

Массы фундаментальных частиц, таких как электроны и кварки, также могут играть ключевую роль.

Итак, чтобы исследовать эти гипотетические вселенные, у нас есть много циферблатов, которые мы можем настроить. Изменения в фундаментальной вселенной распространяются на остальную физику.

Углеродно-кислородный баланс

Чтобы справиться с огромной сложностью этой проблемы, мы разделили различные части физики на управляемые куски: звезды и атмосферы, планеты и тектоника плит, происхождение жизни и многое другое. А затем мы соединили кусочки вместе, чтобы рассказать общую историю о обитаемости в мультивселенной.

Вырисовывается сложная картина. Некоторые факторы могут сильно влиять на обитаемость Вселенной.

Например, отношение углерода к кислороду, определяемое конкретной цепью ядерных реакций в сердце звезды, кажется особенно важным.

Слишком большое отклонение от значения в нашей Вселенной, где количество двух элементов примерно равное, приводит к созданию среды, в которой жизни будет чрезвычайно трудно возникнуть и процветать.

Но обилие других элементов оказывается менее важным. Пока они стабильны, что зависит от баланса фундаментальных сил, они могут играть ключевую роль в строительных кирпичиках жизни.

Больше сложности для изучения

Мы смогли применить лишь общий подход к распутыванию обитаемости в мультивселенной, пробуя пространство возможностей очень дискретными шагами.

Кроме того, чтобы сделать проблему управляемой, нам пришлось пойти на несколько теоретических упрощений и приближений. Итак, мы находимся только на первом этапе понимания условий жизни в мультивселенной.

На следующих этапах необходимо учитывать всю сложность альтернативной физики других вселенных. Нам нужно будет понять влияние фундаментальных сил в малом масштабе и экстраполировать его на большой масштаб, на формирование звезд и, в конечном счете, планет.

Предостережение
Представление о мультивселенной все еще остается лишь гипотезой, идеей, которую еще предстоит проверить. По правде говоря, мы еще не знаем, можно ли проверить эту идею.

И мы не знаем, могут ли физические законы различаться в мультивселенной, и если да, то насколько.

Мы можем быть в начале пути, который откроет наше конечное место в бесконечности, или мы можем двигаться в научном тупике.

Герайнт Льюис, профессор астрофизики Сиднейского университета.