Trecerea timpuluiÎn acest articol vom încerca să ne dăm seama de ce universul în care trăim nu este o lume bidimensională sau una cu două dimensiuni de timp. Sau, cel puţin, vom încerca să ne dăm seama de ce aceste lumi nu ar putea adăposti forme de viaţă complexe.





Astăzi voi răspunde unui cititor care mi-a adresat următoarea întrebare:

Întrebarea mea ar putea fi uşor catalogată ca fiind ciudată, dar cum ar arăta Universul în cazul în care ar exista două dimensiuni de timp?

Este într-adevăr o întrebare ciudată, dar asta nu mă opreşte să răspund la ea. Dintr-o perspectivă macroscopică există trei dimensiuni în spaţiu. Nu-mi pasă dacă le denumiţi pe acestea sus-jos, stânga-dreapta, înainte-înapoi, x, y, z sau oricum altfel doriţi. Realitatea este că ne putem deplasa numai în trei direcţii.

Mai există, de asemenea, o unică dimensiune a timpului, iar principala diferenţa dintre timp şi spaţiu este că, spre deosebire de spaţiu, prin dimensiunea timp vă puteţi deplasa doar într-un singur sens şi doar cu o viteză de 1 secundă/secundă. Această succesiune de evenimente prin timp defineşte experienţele noastre de zi cu zi. În conformitate cu axa timpului pentru un singur individ, întotdeauna are sens să spunem „A a venit înainte lui B".

Din momentul în care veţi considera mai mulţi observatori şi veţi ţine cont de teoria relativităţii toate impresiile voastre se vor schimba, dar haideţi să nu ne ocupăm astăzi de aceste lucruri. Aceasta nu schimbă faptul că în orice sistem de referinţă local timpul se scurge doar într-o singură direcţie.

Dar de ce este construit Universul în acest fel? Tot ceea ce ştim despre modelul standard se bazează pe ipoteza că Universul are 3+1 dimensiuni, dar această teorie nu ne spune de fapt de ce Universul este construit astfel.

Probabil că mulţi dintre voi aţi auzit de teoria M care afirmă (printre multe altele) că  Universul are în realitate zece dimensiuni spaţiale şi una de timp. Cu excepţia celor trei dimensiuni spaţiale cunoscute nouă celelalte sunt probabil foarte mici. Acesta ar fi, în esenţă, un univers de tip Pacman la o scară nu doar mult mai mică decât tine şi decât mine, dar, de asemenea, la o scară mai mică decât dimensiunea nucleelor atomice.

Să presupunem, doar pentru o clipă, că teoria M este corectă. Există un loc în multivers cu mai mult de 3 dimensiuni spaţiale extinse? Sigur, ar putea exista. Dar noi nu am putea trăi acolo şi acest lucru voi încerca să-l argumentez în cele ce urmează.

Doresc să vă prezint o mulţime de argumente antropice, deşi cineva ar putea spune că nu avem de unde să ştim că viaţa trebuie să fie neapărat ca cea de aici, de pe Pământ. Acest lucru este destul de adevărat, dar doresc să luăm în considerare unele ipoteze rezonabile. Asta este, trebuie să presupunem că moleculele complexe şi că atomii mai grei decât cel de hidrogen au putut să se formeze. Din moment ce noi nu am observat niciodată viaţa extraterestră (nemaivorbind de cea din afara universului nostru), aş putea greşi. Asta este o posibilitate pe care sunt dispus să o accept.



În concluzie, ce este argumentul antropic slab? Ideea de bază este că nu există doar un singur set de parametri fizici care descriu Universul, doar că veţi găsi creaturi inteligente care încearcă să fie fizicieni numai în regiunile Universului care sunt favorabile apariţiei vieţii. Noi am analizat mai în detaliu acest lucru în cartea „User's Guide to the Universe", acolo unde, de exemplu, se arată de ce unele constante fizice ar putea de fapt varia în unele regiuni diferite din multivers.

Şi atunci ce este greşit în afirmaţia că Universul are 3+1 dimensiuni?

 

Flatland
Imagine din filmul Flatland.


De ce nu trăim într-o ipotetică lume bidimensională?

Vom începe uşor. Sunt sigur că mulţi dintre voi aţi citit cartea "Flatland" scrisă de Edwin Abott. Dacă nu, atunci ideea este că un pătrat (literalmente, geometric vorbind) ne spune totul despre fizică şi civilizaţia din lumea lui bidimensională. Vă asigur că este mult mai interesant decât pare.

Problema cu o astfel de lume este una care ţine de complexitatea ei. Să alegem un exemplu cât se poate de concret. Imaginaţi-vă că sunteţi o amoebă bidimensională. O deschidere sub forma unei guri este cea care vă ajută să vă alimentaţi. Cum ar funcţiona în acest caz sistemul dvs. digestiv? Ei bine, probabil că ar exista un fel de tub care ar trece prin voi şi care s-ar termina în posteriorul vostru. Problema este că într-o lume 2d un astfel de tub practic v-ar împărţi în două jumătăţi. Cu alte cuvinte, pentru ca sistemul vostru digestiv să funcţioneze gura voastră ar trebui, de asemenea, să fie construită într-un mod complet diferit faţă de cel cu care suntem obişnuiţi.

Putem remarca că există o problemă generală ce se manifestă într-o lume cu două dimensiuni, ca să nu mai vorbim de una cu o singură dimensiune. Pur şi simplu sistemele şi organismele nu pot fi suficient de complexe pentru a forma ceva ce să se apropie măcar de viaţa inteligentă. De exemplu, deoarece într-o lume 2d lucrurile nu se pot intersecta, neuronii nu ar putea să formeze reţele complexe şi în consecinţă creierul (sau ceva de genul acesta) ar fi foarte, foarte limitat.

Sculptura de Rob Millar
Sculptura de Rob Millar.



Ce putem spune atunci despre o lume cu 4 dimensiuni?

Este uşor să ne gândim la universurile cu 2 dimensiuni spaţiale pentru că pe acestea le putem reprezenta pe hârtie sau pe ecranul unui computer. Este însă mult mai greu să ne imaginăm cum ar putea arăta viaţa într-un univers cu mai mult de trei dimensiuni. Cu toate acestea, cel puţin putem lua în considerare această posibilitate. Dacă teoria M este într-adevăr corectă şi există într-adevăr 10 dimensiuni, atunci de ce atât de multe dintre acestea sunt compacte şi numai trei dintre ele sunt extinse? Probabil că aţi văzut deja „Imagining the tenth dimension" de Rob Bryanton, dar dacă totuşi nu aţi făcut-o atunci puteţi să vă uitaţi aici.

Doar pentru că ne putem imagina un univers cu 10 dimensiuni asta nu înseamnă că noi (sau ceva de genul nostru) ar putea trăi vreodată în acesta. În continuare vreau să vă fac să vă reamintiţi unele noţiuni de fizică clasică. Poate că vă aduceţi aminte că gravitaţia variază invers proporţional cu pătratul distanţei. Ideea este că dacă dublaţi distanţa dintre două obiecte forţa gravitaţională dintre acestea scade cu un factor de patru. Aceeaşi regulă este valabilă şi în cazul electromagnetismului.

Această lege de variaţie nu este un accident. S-a dovedit că aceasta este o consecinţă a faptului că trăim într-un univers tridimensional. Dacă am trăi într-un univers cu 4 dimensiuni atunci am fi avut o lege de variaţie proporţională cu inversul distanţei la puterea a treia.

Totuşi, se pare că o lege de variaţie cu inversul distanţei la puterea a doua este foarte specială. În cazul unor universuri având mai multe dimensiuni (în care gravitaţia variază invers proporţional cu distanţa dintre obiecte la puterea a treia sau a patra sau oricum altfel) nu ar exista orbite stabile. Cu alte cuvinte, într-un univers cu 4 dimensiuni Pământul s-ar afla într-o mişcare în spirală spre Soare sau s-ar îndepărta de acesta. În acest caz noi nu am putea să ne bucurăm de o perioadă de aproximativ cinci miliarde de ani în care lumina Soarelui este aproape constantă, aşa cum o putem face în universul nostru.

Acest lucru este valabil pentru toate obiectele cosmice care orbitează (inclusiv planete, comete, stele din galaxie şi aşa mai departe), dar situaţia devine chiar mai rea, cel puţin din punct de vedere antropic. Deoarece electromagnetismul se supune, de asemenea, unei legi de variaţie cu inversul distanţei la puterea a doua se dovedeşte că într-un univers cu un număr mai mare de dimensiuni decât 3 atomii nu ar fi stabili. Toţi aceştia ar colapsa în mod spontan. Este foarte greu să ne imaginăm o viaţă complexă fără atomi şi chiar mai dificil ar fi să ne imaginăm această conversaţie fără existenţa vieţii.

O notă pentru experţi. Cineva ar putea să afirme în secţiunea de comentarii că electronii nu „orbitează" atomii în acelaşi mod în care planetele se învârt în jurul Soarelui. Este adevărat, dar dacă veţi studia cu atenţie ecuaţiile din mecanica cuantică care descriu această mişcare aţi constata aceeaşi problemă. Nu există atomi stabili în acest caz. Îmi pare rău.

Ce este atât de ciudat în legătură cu faptul de a avea 2 dimensiuni de timp?

În concluzie, după cele arătate mai sus, suntem limitaţi la trei dimensiuni ale spaţiului, dar ce putem spune despre posibilitatea de a avea mai mult de o dimensiune a timpului?

Pentru a răspunde fără menajamente, Universul în acest caz ar fi confuz. Chiar şi a vorbi despre acest lucru este destul de confuz. Fizicianul Max Tegmark de la MIT (Massachusetts Institute of Technology) are o lucrare foarte interesantă cu privire la cum ar putea arăta viaţa într-un univers cu două dimensiuni de timp, astfel încât eu vă îndrum către lucrarea sa. (Avertisment: în lucrarea originală se utilizează destul de multă matematică).

În acest caz fiecare persoană şi fiecare particulă ar trece prin doi timpi diferiţi, t1 şi t2. Dar aceşti timpi nu se scurg în acelaşi ritm, pentru că dacă ar fi aşa atunci ar fi exact la fel ca în cazul unui univers cu doar o singură dimensiune de timp. În general, dacă aţi fi singur într-un astfel de univers ciudat atunci probabil că nu veţi observa nimic în neregulă.

Dar lucrurile devin mult mai ciudate dacă aveţi un prieten în acest univers. (Folosiţi-vă imaginaţia dacă este necesar).

Dacă vă întâlniţi cu cineva atunci această întâlnire are loc, în mod normal, pentru că vă aflaţi (mai mult sau mai puţin) în aceleaşi coordonate în spaţiu şi pentru că vă aflaţi, de asemenea, într-o suprapunere temporală. Problema este că dacă doi oameni se află în mişcare prin diferite coordonate de timp cu viteze diferite atunci chiar dacă ei ar putea să rămână în acelaşi loc, nu vor putea rămâne în acelaşi timp.

Chiar dacă am presupune că aţi fi o persoană solitară tot vă va fi greu să trăiţi într-un univers cu două dimensiuni spaţiale. În cazul a două dimensiuni de timp (şi cel puţin două dimensiuni de spaţiu), nu veţi putea cunoaşte nimic util cu privire la „viitor". Ceea ce poate face un observator inteligent (şi presupun că eu sunt unul dintre aceştia) este să se uite în jur şi pe baza stării lucrurilor să determine cu o anumită probabilitate ce se va întâmpla în altă parte la un moment dat în viitor. În cazul a două dimensiuni de timp atunci pur şi simplu nu veţi putea face asta. Nu voi intra în detalii de matematică, dar ideea de bază este că „viitorul" nu este definit foarte bine dacă avem două dimensiuni de timp. În cazul în care nu există nicio deducţie, atunci nu va exista nicio predicţie şi deci nicio ştiinţă. Este foarte greu de imaginat cum anumite creaturi ar putea lua decizii în astfel de condiţii.

Viaţa este destul de imprevizibilă chiar şi într-un univers cu o singură dimensiune de timp, cu două dimensiuni de timp aceasta ar fi ridicol de imprevizibilă.



Traducere de Cristian-George Podariu după why-are-past-present-and-future-our-only-options.