Principiul antropic și Universul fin reglat

Timp de aproape o jumătate de secol, fizicienii teoreticieni au făcut o serie de descoperiri care au evidenţiat faptul că anumite constante din fizica fundamentală par extrem de fin reglate pentru a permite apariția unui Univers care poate găzdui viaţa. Constantele din Modelul Standard al fizicii particulelor au ghidat formarea nucleelor ​​de hidrogen în timpul Big Bang-ului, precum şi formarea atomilor de carbon și oxigen în nucleele stelelor masive de prima generaţie care au explodat sub formă de supernove. La rândul lor, toate aceste procese au stabilit condiţiile pentru apariția sistemelor solare şi planetare capabile să susțină viața pe bază de carbon. Aceasta este dependentă de apă și oxigen.

Dacă formarea Universului este improbabilă, atunci ce este viaţa? Credit: NatGeo

Teoria conform căreia principiul antropic a ghidat procesele fizice și evoluția Universului a fost propusă inițial de către Brandon Carter în timp ce acesta era cercetător postdoctorand în astrofizică la University of Cambridge. Această teorie a fost ulterior dezbătută de către savantul Stephen Hawking și numeroşi alţi fizicieni din întreaga lume.

În prezent, savantul german Ulf-G Meißner, teoretician în fizică nucleară la Helmholtz Institute, University of Bonn, adaugă o serie de noi descoperiri care susţin principiul antropic.

Într-un nou studiu intitulat „Anthropic considerations în nuclear physics” (N.t. Considerații antropice în fizica nucleară) și publicat în revista „Science Bulletin” (denumită anterior „Chinese Science Bulletin”), profesorul Meißner prezintă o imagine de ansamblu a principiului antropic în astrofizică și fizica particulelor. Acesta afirmă că „se pot efectua teste de natură fizică ale acestui principiu abstract în cazul unor procese specifice cum ar fi generarea elementelor chimice”

„Acest lucru poate fi realizat cu ajutorul unor calculatoare foarte performante care ne permit să simulăm lumi diferite în care parametrii fundamentali care stau la baza fizicii nucleare pot lua valori diferite faţă de cele din natură”, explică el.

„Ne referim aici la probleme specifice din fizică, cum ar fi cât este de sensibil procesul de formare al elementelor uşoare în Big Bang faţă de schimbarea masei quarcurilor uşori şi, de asemenea, cât este de stabilă starea de rezonanţă în procesul triplu alfa, adică cât se apropie aşa-numita stare Hoyle de energia corespunzătoare pentru 4He+8Be, faţă de variaţia masei quarcurilor şi variaţia constantei structurii fine (N.t aceasta definește forţa interacţiunilor electromagnetice)”, adaugă el.

Brandon Carter a afirmat iniţial că: „Universul (şi, prin urmare, parametrii fundamentali de care acesta depinde) trebuie să fie astfel încât să permită apariţia unor observatori în interiorul său, la un moment dat”.

Stephen Hawking, expert în problema Big Bang-ului și inflația cosmică, a extins dialogul pe baza principiului antropic într-o serie de lucrări şi cărţi. În „A Brief History of Time (N.t. O scurtă istorie a timpului) el prezintă o serie de procese şi constante din astrofizică ce par să susţină teoria principiului antropic şi se întreabă: „De ce a început Universul să se extindă cu o rată de expansiune atât de apropiată de rata critică de expansiune care separă universurile care colapsează de cele care se extind pentru totdeauna, astfel încât chiar şi după zece miliarde de ani, acesta continuă să se extindă cu o rată apropiată de cea critică?”

„Dacă după o secundă de la Big Bang rata de expansiune ar fi fost mai mică numai cu unu la o sută de mii de milioane de milioane”, explică el, „Universul ar fi colapsat înainte de a ajunge vreodată la dimensiunea sa actuală”.

Profesorul Ulf-G Meißner afirmă în noul său studiu că „Universul în care trăim este caracterizat de anumiți parametri care au anumite valori specifice ce par a fi extrem de fin reglate pentru a permite apariţia vieţii, inclusiv pe Pământ”.

„De exemplu, vârsta Universului trebuie să fie suficient de mare pentru a permite formarea galaxiilor, stelelor şi planetelor, precum și pentru ca stelele din a doua și a treia generație, care conţin carbon și oxigen, să se răspândească pe baza exploziei stelelor anterioare”, spune el.

„Chiar şi la o scară microscopică”, adăugă el, „anumiți parametri fundamentali ai Modelului Standard pentru maselor quarcurilor uşori şi constanta structurii fine trebuie să aibă anumite valori care permit formarea neutronilor, protonilor şi nucleelor atomice”.

O reprezentare grafică care arată modul prin care s-au format elementele grele pe baza elementelor uşoare care au apărut după Big Bang.

În timp ce nucleosinteza Big Bang-ului a dat naștere la nucleele de hidrogen și particulele alfa (nuclee 4He), elementele care sunt considerate, în general, esențiale pentru viață, inclusiv carbonul și oxigenul, au fost produse mai târziu în interiorul stelelor masive ce au avut o durată scurtă de viaţă. Unele dintre acestea au explodat sub formă de supernovă, răspândind aceste elemente pentru generațiile ulterioare de sisteme stelare.

Într-o serie de experimente care au implicat simulări computerizate complexe realizate cu ajutorul supercomputerului JUQUUEN de la Forschungszentrum Jülich, profesorul Meißner şi colegii săi au modificat valorile maselor quarcurilor uşori faţă de cele cunoscute pentru a determina cât de mare poate fi aceasta variaţie pentru a împiedica formarea carbonului sau oxigenului în interiorul stelelor masive. „Este puţin probabil ca variaţii ale maselor quarcurilor uşori de până la 2-3 la sută să fie catastrofale pentru formarea carbonului şi a oxigenului”, concluzionează el. (Vezi mai jos)

O reprezentare grafică ce evidenţiază cât este de sensibilă viaţa de pe Pământ faţă de variaţia masei quarcurilor şi a constantei structurii fine α. Credit: Dean Lee

Chiar mai devreme, în timpul generării nucleelor corespunzătoare primelor două elemente din Tabelul Periodic, „pe baza abundenţei observate a elementelor şi din faptul că neutronul liber se dezintegrează în aproximativ 882 secunde şi că neutronii rămaşi sunt în cea mai mare parte capturaţi în 4He, am descoperit că există o dependenţă strictă faţă de variaţia masei quarcurilor uşori…”

Profesorul Meißner afirmă că „nucleosinteza Big Bang-ului stabileşte într-adevăr nişte limite foarte strânse ale variaţiei masei quarcurilor uşori.” „Un domeniu de variaţie atât de strâns susţine principiul antropic în Univers”, adaugă el.

„În mod evident, cineva se poate gândi la existenţa mai multor universuri, a unui multivers, în care anumiţi parametri fundamentali pot avea diferite valori şi care conduc la apariţia unor universuri foarte diferite de al nostru”, afirmă profesorul Meißn.

Aşa cum susţine profesorul Stephen Hawking, chiar şi o variaţie foarte mică a constantelor fundamentale ale fizicii din acest ipotetic multivers ar putea conduce la „apariţia unor universuri care, deşi ar putea fi foarte frumoase, nu ar putea găzdui fiinţe inteligente capabile să-şi pună întrebări cu privire la Universul în care trăiesc”.

„În acest sens”, afirmă profesorul Meißner, „Universul nostru are un statut aparte şi această constatare stă la baza aşa-numitului principiu antropic”.

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