Çalışma Antropik İlke için bir test öneriyor

İçinde yaşadığımız evrenin yaşama ev sahipliği yapacak şekilde hassas ayarlandığını belirten Antropik İlke, ilk kez 1973’te Brandon Carter tarafından öne sürüldü. O tarihten bu yana önemli tartışmalara yol açtı.

Şimdi, dergide yayınlanan bir makale Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği DergisiDavis Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nden fizikçi Nemanja Kaloper ve Deutsches Elektronen-Synchrotron’da (DESY) profesör olan Alexander Westphal tarafından yazılan bu makale, bunu ilk kez deneysel olarak test etmenin bir yolunu anlatıyor. varsayım.

Antropik prensip (AP) farklı şekillerde formüle edilebilir. Bunlar, gerçeklerin basit bir tanımından -“burada bunu gözlemliyorsak, evren, zayıf AP olarak bilinen, akıllı yaşamın ortaya çıkması için gerekli koşullarla evrimleşmiştir”- biraz daha radikal bir şeye kadar uzanır: “evren, varoluşumuza yol açacak şekilde gelişmek.”

Güçlü AP olarak adlandırılan bu daha güçlü yorum, genellikle metafizik alana girme cesaretini göstererek bir tür “tasarım” öneriyor ve bilimsel araştırma alanının ötesine geçerek evrene doğru ilerliyor.

Pek çok bilim adamına göre AP’nin sorunu, bilimsel bir araç olarak özellikle kullanışlı olmamasıdır çünkü hem bilgimizi genişletebilecek hem de prensibi incelemeye tabi tutabilecek test edilebilir, ölçülebilir tahminler üretmemektedir. Bu olmadan, bilimsel bir hipotezden ziyade felsefi bir varsayım olarak kalır.

Ancak AP, evrenimizin karbon bazlı yaşam için uygun bir yer olarak gelişmesi için, bir dizi oldukça spesifik başlangıç ​​koşullarıyla başlamış olması gerektiğini öne sürüyor. Bunu, örneğin evreni tanımlayan denklemlerde kullanılan yerçekimi sabiti, elektron yükü ve Planck sabiti gibi “tam olarak doğru” olması gereken belirli sabitlerin değerlerini gözlemleyerek çıkarıyoruz. Aksi takdirde çok farklı ve en önemlisi yaşanması zor bir evrenle karşı karşıya kalırdık.

AP tarafından ima edilen kesin başlangıç ​​koşullarını belirleyerek ve mevcut fiziksel modellere dayanarak evrenin şu anki durumuna nasıl evrileceğini hesaplayarak, sonuçları gerçek astronomik gözlemlerle karşılaştırabiliriz. Teori ile gerçeklik arasındaki herhangi bir tutarsızlık, AP’nin geçerliliğinin bir ölçüsünü sağlayacaktır.

Nemanja Kaloper ve Alexander Westphal’in yeni çalışması, önümüzdeki yıllarda gözlemsel olarak doğrulanabilecek bazı spesifik tahminler sunuyor.

Önerilerini anlamak için kozmolojik araştırmalardaki bazı temel unsurların ana hatlarıyla belirtilmesi gerekir:

Kozmik enflasyon

Varoluşunun ilk anlarında evren hızlı bir genişleme sürecinden geçti: sadece 10 yılda.^-36 saniyeler içinde sonsuz küçük bir boyuttan (neredeyse sıfır) makroskobik bir ölçeğe (bazı teoriler bunu bir üzüm veya futbol topu boyutu olarak tanımlar) büyüdü. Bundan sonra genişleme yavaşladı ve bugün gözlemlediğimiz oranlara benzer oranlarda devam etti.

Bu erken aşamadaki fizik son derece sıra dışıydı; sonraki evrimi etkileyen ve bugün gördüğümüz yapıların (galaksiler, yıldızlar vb.) oluşumunu mümkün kılan (sonsuz derecede küçük olanı yöneten) kuantum fenomeninin hakimiyetindeydi. Kozmik enflasyona ilişkin doğrudan kanıt henüz bulunmamış olsa da, bu, önümüzdeki yıllarda gözlemsel olarak doğrulanması beklenen sağlam bir teoridir.

Karanlık madde

Muhtemelen bunu duymuşsunuzdur: Deneysel gözlemler bize evrenin önemli bir bölümünün (maddesinin yaklaşık altıda beşinin) doğrudan gözlemleyemediğimiz bir şeyden oluştuğunu söylüyor. Biz buna karanlık madde diyoruz ama gerçek doğası hala bilinmiyor. Pek çok hipotez ileri sürülmüştür ve bunların tümü yakın gelecekte deneysel olarak onaylanmayı beklemektedir.

Aksiyonlar

Karanlık madde adaylarından biri de axion’dur. Bu parçacıklar -ya da daha büyük olasılıkla bütün bir parçacık sınıfı- son derece hafiftir (örneğin elektrondan çok daha hafif). Aksiyonlar başlangıçta, dört temel kuvvetten biri olan (diğerleri yerçekimi, elektromanyetizma ve güçlü nükleer etkileşimdir) zayıf nükleer etkileşimi içeren, CP simetri ihlali olarak bilinen bir kuantum olgusunu açıklamak için önerildi.

Ancak araştırmacılar, kozmik şişme sırasında büyük miktarda oluştuğuna inanılan eksenlerin belirli özelliklerinin, hem kendileriyle hem de sıradan maddeyle minimal etkileşimleri gibi karanlık madde için beklenen özelliklerle uyumlu olduğunu fark ettiler. Kara deliklerin gözlemleri önümüzdeki yıllarda onların varlığını doğrulayabilir.

AP’nin test edilmesi bu üç unsurun birleştirilmesini içerir.

Kaloper, “LiteBIRD uydusunun, yüksek ölçekli enflasyonla eşleşen mevcut sınırlara yakın ilkel yerçekimi dalgalarını keşfetmesi mümkündür” diye açıklıyor. “Çoğu kozmolog bunun yüksek ölçekli enflasyonu doğruladığını düşünüyor.” LiteBIRD (B Modu Polarizasyon Çalışması için Lite (Işık) Uydu), Japon Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı’nın (JAXA) 2032’de başlatmayı planladığı bir deneydir.

Kaloper şöyle devam ediyor: “Evrendeki süper kütleli kara delikleri inceleyerek ultra hafif eksenlerin işaretlerini keşfetmemiz de mümkün. Eksen, kara deliklerin dönüş-kütle oranını etkiliyor ve bu gözlemlenebilir.” Pek çok deney hâlihazırda kara delikler üzerinde çalışıyor ve yakın gelecekte daha fazlası çalışmaya başlayacak.

“Sonunda” diye ekliyor Kaloper, “gelecekteki doğrudan karanlık madde araştırmalarının karanlık maddenin ağırlıklı olarak ultra hafif eksenlerden oluşmadığını keşfetmesi mümkün. Bu durumda antropik prensibin başarısız olduğunu düşünürüz.”

Ancak bu sonuç garanti edilmez.

Kaloper şöyle devam ediyor: “Öte yandan, doğrudan karanlık madde araştırmaları karanlık maddenin aslında ultra hafif bir eksen olduğunu bulursa, o zaman sanırım antropik prensibin aslında bu testi geçtiği konusunda hemfikir oluruz; gerçekten de bu gerçekleşebilir. “

Kaloper sözlerini şöyle bitiriyor: “Bu seçeneklerin her ikisinin de çok uzak olmayan bir gelecekte deneysel olarak test edilebilmesini özellikle ilginç buluyorum.”

“Ve bu – iş arkadaşım ve benim bildiğim kadarıyla – spesifik örneğimiz, antropik prensibin, basitçe bunun geçerli olmadığını ilan etmek yerine, testte gerçekten başarısız olabileceği ilk durumdur.

“Mesele şu ki, yüksek ölçekli enflasyonun ve kütleleri m > 10 olan ultra hafif eksenlerin varlığı^-19 eV, karanlık maddenin bir eksen ‘olması gerektiği’ anlamına gelir: Tipik başlangıç ​​koşulları için, çok fazla karanlık maddeyle karşılaşırız ve onu sınırlamak için antropik prensibe umutsuzca ihtiyacımız olur.

“Axion’un karanlık madde olmadığını bulmak için, başlangıç ​​koşullarının sadece olası olmadığını (ki bu antropik olarak sabitlenebilir), aynı zamanda son derece olası olmadığını, ki bu da gerçekten antropik akıl yürütmenin kapsamına bile girmiyor.”

Dolayısıyla antropik ilkeyi çürütmek ya da doğrulamak için gerekli tüm kanıtları toplamak için birkaç yıl, hatta belki daha da uzun süre beklememiz gerekecek. Peki ya testi geçemediği ortaya çıkarsa?

Kaloper, “Diğer öncüllerin hiçbirini değiştirmeden (kütleçekiminin evrenselliği, erken şişme ve aşırı ışınım fenomeni), antropiklere ilişkin basit formülasyonumuzun başarısızlığı, başlangıç ​​koşullarını farklı kuralların yönettiğini öne sürecektir” diye açıklıyor.

“Ya farklı başlangıç ​​koşulları eşit derecede olası değil, bazıları henüz anlaşılmamış yeni dinamikler tarafından yönlendiriliyor, ya da bazı başlangıç ​​koşulları tamamen imkansız. Alternatif olarak, kozmolojinin gerçek teorisi düşündüğümüzden daha karmaşık olabilir.”

Kaloper sözlerini şöyle bitiriyor: “Daha dramatik senaryolar da hayal edilebilir, ancak en azından şimdilik bunlar bana hayal ürünü gibi görünüyor.”