Perché l'universo è solo a quattro dimensioni?

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Anonim

Negli anni '80, i fisici cercarono disperatamente di unificare le quattro forze fondamentali dell'universo in un'unica forza globale. Il loro primo tentativo si sviluppò in quella che fu chiamata supergravità, ma a causa di una moltitudine di incoerenze e previsioni non confermate, dovette essere scartata. Un'altra teoria fiorente era la teoria delle stringhe.

Nata negli anni '70, la teoria fu ampiamente ignorata fino agli anni '80, quando la sua popolarità fu ripresa e i fisici iniziarono a studiarlo seriamente. La teoria delle stringhe rimane una delle nostre migliori ipotesi per una completa comprensione delle vie dell'Universo, ma secondo la teoria, l'universo esiste in 26 dimensioni! È quindi stranamente particolare che siamo esposti solo a quattro di essi - tre dimensioni intercambiabili di spazio e una, scoperta un secolo fa, di tempo.

L'assurdità ha infastidito i filosofi e - in seguito - i fisici da sempre. Sono troppo curiosi di accettare la realtà com'è senza alcun scrupolo o scetticismo; vogliono sapere perché la realtà è così com'è. Tuttavia, un documento recentemente pubblicato su Europhysics Letters (EPL) sembra rivelare il motivo per cui il nostro universo potrebbe esistere solo in 4 dimensioni.

Helmholtz Free Energy Density

Spessore. Credito fotografico: Pixabay

Così

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perché solo quattro? Bene, il documento suggerisce che agli altri è proibito srotolare la seconda legge della termodinamica, una legge fondamentale dell'universo. Secondo il giornale, l'universo neonato era soffuso di radiazioni e la densità di energia libera di Helmholtz, una quantità termodinamica che esercita una pressione sullo spazio.

Pochi secondi dopo il Big Bang, mentre l'universo si raffredda istantaneamente, la densità di Helmholtz raggiunge il suo massimo valore e l'universo immediatamente si "blocca". In questa fase, l'universo, che prima esisteva in ogni dimensione che crediamo esistesse, era limitato a solo quattro di essi. L'unico modo in cui il nostro universo si dispiega in più dimensioni è se esiste al di sopra di una temperatura critica, una temperatura infernale che sicuramente ha prevalso un semplice secondo dopo la sua creazione.

Il ritrovamento dei fisici è analogo alle transizioni di fase che subiscono l'acqua. L'unico modo in cui un blocco di ghiaccio può passare all'acqua liquida è quando è sottoposto a calore. Mentre questa teoria ha acquisito la trazione solo molto di recente, il principio verso cui ci siamo sempre rivolti per rispondere a tali famigerati dilemmi è il principio antropico.

Il principio antropico

La seconda legge della termodinamica spiega principalmente perché il tempo si sposta solo in un'unica direzione, che chiamiamo "avanti". La legge prevede che la direzione del tempo nel nostro universo si muova nella stessa direzione in cui aumenta il disturbo in esso. Tuttavia, questo ragionamento è incompleto. Un argomento convincente si realizza solo quando combiniamo la legge con il principio antropico. Questo è un estratto di un precedente articolo che ho scritto spiegando perché il tempo si sposta solo in una direzione :

"Se possiamo riconoscere il ruolo della fortuna nel portare un fiore o un frutto alla vita, perché non possiamo fare lo stesso quando parliamo di noi stessi?

Se i venti fossero tempestosi quel giorno o il terreno fosse più duro, il fiore non avrebbe potuto nascere. Allo stesso modo, se le condizioni dell'universo fossero diverse, una vita intelligente capace di chiedere "perché il tempo scorre in una sola direzione?" Non potrebbe essere germogliata. Vediamo l'universo così com'è, se fosse diverso, non saremmo qui ad osservarlo! Questo è chiamato il principio antropico. So che questo sembra cinico e difficile da comprendere, ma certamente sembra vero a meno che, naturalmente, non troviamo prove del contrario.

Misuriamo il tempo nella direzione di aumentare il disordine perché viviamo nella fase di espansione, la fase che favorisce la vita intelligente. Ciò non sarebbe possibile nella fase di contrazione, in quanto la vita in grado di misurare il tempo non sarebbe possibile durante la fase di contrazione. "

Proprio come l'entropia sembra aumentare e quindi il tempo con esso perché l'universo è ancora nella sua fase di espansione, la fase che favorisce il germogliare della vita intelligente, sperimentiamo l'universo in sole quattro dimensioni perché è la prevalenza di solo quattro dimensioni che è propizio per l'inizio e il sostegno della vita intelligente.

Se l'universo fosse stato bidimensionale, gli organismi non sarebbero stati in grado di muoversi l'uno con l'altro. Piuttosto, sarebbe necessario sormontare un altro organismo o scivolare sotto uno. Gli intricati modi in cui il cibo viene digerito e scomposto o il sangue viene diffuso attraverso i nostri corpi sarebbe stato impossibile da ottenere in corpi 2D. Noi, le specie intelligenti che chiedono perché l'universo ha quattro dimensioni, semplicemente non esisterebbe.

(Credito fotografico: Edwin Abbott Abbott / Wikimedia Commons)

Di fatto, la stessa biologia, anche di un ordine semplicissimo, perirebbe, poiché la terra non sarebbe in grado di ruotare attorno al sole. La forza di gravità diminuisce di quattro volte quando la distanza tra due corpi è raddoppiata, ma il declino è cinque volte in cinque dimensioni e sei volte in sei dimensioni. In un universo di dimensioni più elevate, la Terra potrebbe non essere in grado di raggiungere un'orbita stabile intorno al sole e, quindi, congelare fino alla morte.

Forse la compressione gravitazionale e l'espansione gassosa che formavano il sole si sarebbero verificate in modo diverso nelle dimensioni superiori, rispetto a come si verificano in quattro dimensioni. Forse il sole stesso collasserebbe prematuramente in un buco nero se dovessimo armeggiare con le leggi della gravità. Persino gli atomi di dimensioni più elevate, i fisici hanno scoperto, non si aggregano e formano molecole complesse che potrebbero successivamente costituire una vita complessa.

La vita non sarebbe stata possibile senza il sole. (Credito fotografico: Subham Dey)

Stephen Hawking ha citato il principio antropico nella sua breve storia del tempo mentre specula sulla dimensionalità stranamente particolare dell'universo. Mentre è indiscutibile, ora capiamo che non spiega la sua causa, qualcosa che il documento pubblicato in EPL fa. Tuttavia, la proposizione deve ancora essere convalidata.

Se alla fine lo è, possiamo superare questo mistero dalla nostra lunga lista di enigmi perenni della nostra specie. Questo tipo di conferma sarebbe anche estremamente incoraggiante per i fisici, in quanto rappresenterebbe un enorme salto nella nostra ricerca di unificare le quattro forze fondamentali e in definitiva la nostra comprensione di come l'universo è nato, come cresce e dove potrebbe essere diretto.