فیزیکدانان راهکار آزمایشی برای اصل آنتروپیک و تنظیم دقیق جهان برای حیات پیشنهاد دادند
گروهی از پژوهشگران در یک مقاله تازه راهکارهایی برای آزمایش اصل آنتروپیک یا ایده این که جهان برای وجود حیات بهصورت دقیق تنظیم شده است، ارائه کردهاند. این محققان معتقدند امکان دارد در بازه زمانی نسبتا کوتاهی به پاسخ این پرسش کهن دست یابیم.
یکی از چالشهای اصلی در فیزیک معاصر این است که جهان برای پیدایش و شکوفایی حیات، حداقل از نوعی که بر روی زمین شناخته میشود، بهنظر میرسد بهصورت شگفتانگیزی تنظیم دقیق شده باشد. اگر نیروی گرانش بهاندازه قابل توجهی ضعیفتر بود، ستارهها و سیارات شکل نمیگرفتند. همچنین اگر نیروی الکترومغناطیس مقداری قویتر بود، ستارهها سردتر میبودند و منفجر نمیشدند تا عناصر سنگین موردنیاز برای حیات را تولید کنند. مثالهای بیشمار دیگری نیز وجود دارد که نشان میدهد با تغییرات جزئی در ثوابت فیزیکی، حیات بهشکلی که میشناسیم امکانپذیر نمیبود.
فیزیکدان برجسته پل دیویس در این باره میگوید این کلیشه که حیات بر لبه تیغ اعتدال قرار دارد، دستکمگیری وحشتناکی است. هیچ تیغی در جهان نمیتواند لبهای با این ظرافت داشته باشد. دانشمندان و فیلسوفان تلاش کردهاند با راهکارهای گوناگون با این مسئله مقابله کنند. برخی استدلال میکنند جهان واقعا برای حیات تنظیم دقیق نشده و اگر ثوابت متفاوت بودند، نوع دیگری از حیات از طریق فرآیندهای متفاوت پدید میآمد که بپرسد چرا جهان برای او تنظیم شده بهنظر میرسد.
این استدلال نوعی سوگیری بازماندگی یا تأثیر انتخاب ناظر است که گاهی اصل آنتروپیک (انساننگر) نامیده میشود. آندرس ساندبرگ از موسسه مطالعات آینده توضیح میدهد فکر کنید تکامل حیات و هوش نیازمند مجموعهای از تصادفات بسیار دور از انتظار است سیاراتی در فاصله مناسب از ستارهای پایدار، با ماهی پایدارکننده و مشتری محافظ، تنوع شیمیایی مناسب، تصادف شیمیایی کمنظیر برای تشکیل سلولی، و لیست طویل مراحل تکاملی با احتمال کم که به ظهور گونهای همهفنحریف منجر شود. با این حال، هر گونه هوشمندی در جهان این تصادفات را پشت سر گذاشته است. برعکس، دانستن اینکه ما وجود داریم به ما نمیگوید هوش رایج است یا خیر.
گسترش این ایده نظر میدهد که ما در یک چندجهان هستیم که مقادیر ممکن بسیاری برای ثوابت گوناگون دارد و ما در بخشی از آن قرار داریم که حیات در آن مقدور است. اگر شرایط مناسب نبوده بود، ما زنده نبودیم تا این سوال را بپرسیم. آزمایش این ایده بهسختی امکانپذیر بوده، اما مطابق مقاله تازه پژوهشگران، انجام چنین آزمایشی مقدور است و امیدوارند بهزودی به نتایجی برسند.
نویسندگان مطالعه بر ماده تاریک مرموز تمرکز کردهاند که بر اساس مدل استاندارد فیزیک بخش اعظم ماده جهان را تشکیل میدهد. جستوجوهای برای ماده تاریک تا به حال به هیچ ذرهای با مشخصات مورد نیاز نرسیده است. یکی از فرضیههای پیشین، ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف بود که توسط ابرتقارن پیشبینی میشدند، اما در انرژیهای پیشبینیشده کشف نشدند. فیزیکدانان بهصورت فزایندهای به اکسیونها و اکسیونهای WIMP بهعنوان توضیح جانشین روی آوردهاند.
اگر اکسیونها ماده تاریک را تشکیل دهند، پیشبینی میشود در طول تورم کیهانی در آغاز جهان و در جرمهای خاصی شکل گرفته باشند. اگر ماده تاریک اکسیونی یافت شود یا نشانههای آن در جستوجوهای آینده مشاهده گردد، میتوان آن را بهعنوان آزمایشی برای اصل آنتروپیک در نظر گرفت. نمانجا کالوپر، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، میگوید مسئله این است که وجود تورم کیهانی و اکسیونهای فوق سبک با جرم ۱۰ به توان منفی ۱۹ الکترون ولت و کمتر، دلالت بر این دارد که ماده تاریک باید یک اکسیون باشد؛ برای شرایط اولیه معمولی، ما در نهایت با مقدار بسیار زیادی ماده تاریک روبرو میشویم و به شدت به اصل آنتروپیک برای محدود کردن آن نیاز داریم. برای اینکه بفهمیم اکسیون ماده تاریک نیست، استنباط میکنیم که شرایط اولیه نه تنها دور از انتظار بوده، بلکه در قلمرو استدلال آنتروپیک نیز نمیگنجد.
هرچند یافتن ماده تاریک احتمالی ضعیف بهنظر میرسد، فضاپیمایی به نام لایتبرد (مخفف ماهواره مخصوص مطالعات قطبش حالت بی) که قرار است در سال ۲۰۳۲ توسط ژاپن پرتاب شود، میتواند شواهدی به سود یا علیه اصل آنتروپیک ارائه دهد. کالوپر افزود امکانپذیر است ماهواره لایتبرد، امواج گرانشی اولیه نزدیک به محدودههای جاری را کشف کند که با تورم کیهانی مطابقت دارد. اکثر کیهانشناسان حس میکنند این کار تورم در مقیاس بالا را تایید میکند.
کالوپر ادامه داد امکانپذیر است نشانههایی از اکسیونهای فوق سبک را نیز با بازدید سیهچالههای عظیم در جهان کشف کنیم. اکسیونها بر نسبت اسپین به جرم سیهچالهها تأثیر میگذارند و این امر ممکن است قابل مشاهده باشد. در نهایت، ممکن است جستوجوهای آینده برای ماده تاریک کشف کنند که ماده تاریک در درجه اول از اکسیونهای فوق سبک تشکیل نشده است. در این صورت، نتیجه خواهیم گرفت که اصل آنتروپیک ناکام بوده است. مطالعه پژوهشگران بهصورت پیشانتشار در پایگاه داده آرکایو موجود است و برای انتشار در مجله کیهانشناسی و اخترفیزیک ذرهای پذیرفته شده است.