Mengapa kita hidup di alam semesta dengan tiga dimensi spasial dan satu waktu - 3 + 1, seperti yang dikatakan para kosmolog? Mengapa tepatnya kombinasi ini, dan bukan 4 + 2 atau 2 + 1? Selama dekade terakhir, fisikawan telah mengeksplorasi pertanyaan ini berkali-kali, merenungkan alam semesta lain dengan sifat berbeda untuk memahami apakah kehidupan kompleks bisa ada di dalamnya atau tidak. Dan mereka secara tak terelakkan sampai pada kesimpulan bahwa ia tidak mungkin ada di alam semesta dengan empat dimensi ruang atau dua dimensi temporal. Jadi, manusia pasti akan berakhir (dan berakhir) di alam semesta 3 + 1.
Ini adalah argumen antropis: gagasan bahwa alam semesta harus memiliki sifat-sifat yang diperlukan untuk kelangsungan hidup para pengamat.
Seperti apa alam semesta dua dimensi itu?
Tapi bagaimana dengan alam semesta yang lebih sederhana seperti 2 + 1? Ahli fisika berteori bahwa dua dimensi ruang mungkin tidak memberikan cukup kompleksitas untuk mendukung kehidupan. Mereka juga percaya bahwa gravitasi tidak akan bekerja dalam dua dimensi, sehingga objek seperti tata surya tidak dapat terbentuk. Tapi benarkah demikian?
James Scargill dari University of California, Davis, bertentangan dengan semua ekspektasi, menunjukkan bahwa alam semesta 2 + 1-dimensi dapat mendukung gravitasi dan kehidupan kompleks. Karyanya merongrong argumen antropis bagi para kosmolog dan filsuf, yang harus mencari alasan lain mengapa alam semesta mengambil bentuknya.
Pertama, sedikit latar belakang. Salah satu misteri besar ilmiah adalah mengapa hukum fisika tampaknya dipertajam (atau disetel dengan cermat) untuk kehidupan. Sebagai contoh, nilai numerik dari konstanta struktur halus tampak sewenang-wenang (sekitar 1/137), namun berbagai fisikawan telah menunjukkan bahwa jika nilainya sedikit berbeda, atom dan objek yang lebih kompleks tidak dapat terbentuk. Di alam semesta seperti itu, kehidupan tidak mungkin dilakukan.
Pendekatan antropis adalah bahwa jika konstanta struktur halus mengambil nilai lain, tidak akan ada pengamat yang dapat mengukurnya. Inilah mengapa ia memiliki nilai yang kami ukur!
Video promosi:
Pada 1990-an, Max Tegmark, sekarang fisikawan di Institut Teknologi Massachusetts, mengembangkan argumen serupa untuk jumlah dimensi alam semesta. Dia berargumen bahwa jika ada lebih dari satu dimensi waktu, hukum fisika tidak akan memiliki sifat yang perlu diprediksi oleh pengamat. Ini pasti akan mengesampingkan keberadaan fisikawan dan mungkin kehidupan itu sendiri.
Sekarang mari beralih ke properti alam semesta dengan empat dimensi spasial. Di ruang seperti itu, hukum gerak Newton akan sangat sensitif terhadap gangguan kecil. Salah satu konsekuensi dari hal ini adalah bahwa orbit yang stabil tidak dapat terbentuk, sehingga tidak akan ada tata surya atau struktur serupa lainnya. “Dalam ruang dengan lebih dari tiga dimensi, tidak ada atom tradisional dan kemungkinan struktur yang stabil,” kata Tegmark.
Jadi, kondisi kehidupan tampaknya tidak mungkin di alam semesta dengan lebih banyak dimensi daripada kita. Tetapi argumennya adalah bahwa alam semesta dengan dimensi yang lebih sedikit kurang aman.
Ada pendapat bahwa teori relativitas umum tidak bekerja dalam dua dimensi, oleh karena itu tidak mungkin ada gravitasi.
Tapi James Scargill berpikir berbeda. Dalam makalahnya, dia menunjukkan bahwa medan gravitasi skalar murni yang jauh lebih sederhana dapat dimungkinkan dalam dua dimensi, dan ini akan memungkinkan orbit yang stabil dan kosmologi cerdas. Tinggal menunjukkan bagaimana kompleksitas dapat muncul dalam dimensi 2 + 1. Scargill mendekati masalah ini dalam istilah jaringan saraf. Dia menunjukkan bahwa kompleksitas jaringan saraf biologis dapat dicirikan oleh berbagai properti khusus yang harus direproduksi oleh setiap sistem 2D.
Diantaranya adalah properti "dunia kecil", model komunikasi yang memungkinkan Anda melintasi jaringan yang kompleks dalam beberapa langkah kecil. Sifat lain dari jaringan otak adalah bahwa mereka beroperasi dalam mode yang sangat seimbang antara transisi dari aktivitas tinggi ke aktivitas rendah - mode kekritisan. Ini juga hanya mungkin dilakukan dalam jaringan dengan hierarki modular, di mana subnet kecil digabungkan menjadi jaringan yang lebih besar.
Pertanyaan yang ditanyakan Scargill adalah apakah ada jaringan 2D yang memiliki semua fitur ini - properti dunia kecil, hierarki modular, dan perilaku kritis.
Ini tampaknya tidak mungkin pada awalnya, karena dalam grafik 2D, node dihubungkan melalui tepi yang saling berpotongan. Tapi Scargill menunjukkan bahwa jaringan 2D memang dapat dibangun secara modular dan bahwa grafik ini memiliki properti dunia kecil tertentu.
Dia juga menunjukkan bahwa jaringan ini dapat beroperasi pada titik transisi antara dua perilaku, sehingga menunjukkan kekritisan. Dan ini adalah hasil yang luar biasa, yang menunjukkan bahwa jaringan 2D memang dapat mendukung perilaku yang sangat kompleks. Tentu saja, ini tidak membuktikan bahwa alam semesta 2 + 1 benar-benar dapat mendukung kehidupan. Butuh lebih banyak pekerjaan untuk mengetahuinya dengan pasti.
