Gyvenimas per vidurį

Ar žinojote, jog mes, žmonės, esame visiški Visatos vidutiniokai? Nežinojote ir nesuprantate, kodėl? Tuojau paaiškinsiu.

Astronomai paprastai nagrinėja labai didelius, labai tolimus ir labai ilgai trunkančius reiškinius. Kitokie fizikai tyrinėja kvantinę mechaniką ir dalelių fiziką, kuriose gilinamasi į labai mažus ir labai trumpai trunkančius reiškinius. Per pastarąjį šimtą metų fizika nuo kasdieninių objektų perėjo prie šių dviejų ekstremumų. Vien šių ekstremumų egzistavimas ir faktas, kad ir vieną, ir kitą pakraštį tyrinėti galima šimtą metų ir nematyti pabaigos, rodo, jog mums įprastas kasdien matomas pasaulis yra kažkur arti vidurio tarp didžiausių ir mažiausių, trumpiausių ir ilgiausių arba lengviausių ir sunkiausių objektų.

Tokį teiginį panagrinėti galime ne tik kokybiškai. Paimkime keturis* iš septynių pagrindinių SI sistemos dydžių – masę, ilgį, laiką ir temperatūrą – ir pažiūrėkime, kur iš tikro yra vidurkis tarp ekstremumų. „Vidurkį“ skaičiuosiu geometrinį, ne aritmetinį; geometrinis dviejų skaičių vidurkis yra lygus kvadratinei šakniai, ištrauktai iš tų skaičių sandaugos. Šitaip galima rasti „tarpinį dydį“ tarp labai skirtingo dydžio reiškinių, kokius čia ir bandysiu apžvelgti.

Taigi, pradėkime nuo masės. Didžiausia fiziškai reikšminga masė yra regimosios Visatos masė. Priklausomai nuo to, kaip ją skaičiuosime, jos vertė gali būti tarp 6*10^52 ir 4*10^54 kilogramų. 10^52 yra vienetas su 52 nuliais. Taip, tai yra labai daug (dėl to astronomai paprastai, kalbėdami apie tokius didelius dalykus, mases išreiškia Saulės masėmis), bet esmė ne tame. Paėmę apytikrį vidurkį tarp šių verčių, 5*10^53 kg, pažvelkime į priešingą skalės pusę. Ten randame… nieko aiškaus. Mažiausios dalelės, turinčios nenulinę masę, greičiausiai yra elektronų neutrinai, bet jų masė tiksliai nėra žinoma. Naujausiais duomenimis, ji neviršija 0,3 elektronvoltų, t.y. 5*10^-37 kg. Taigi turime du dydžius, o jų geometrinis vidurkis yra… 5*10^8 kg arba 500 tūkstančių tonų.

Palapala, pasakys atidesnis skaitytojas. Bet žmonės juk nesveria 500 tūkstančių tonų! Šis skaičius yra vis tiek žiauriai didelis! Tai visiška tiesa, tačiau tai yra skaičius, kurį įmanoma įsivaizduoti. Taip, nuo standartinio žmogaus svorio jis skiriasi septyniais eilės dydžiais (t.y. 10^7, arba dešimčia milijonų, kartų), bet toks skirtumas, palyginus su 90 eilės dydžių intervalu tarp Visatos ir neutrinų, yra pakankamai mažas. Be to, Visatos masė žinoma gana neblogai ir smarkiai didesnė tikrai nebus, o neutrinų (arba dar kokių kitų dalelių) masė gali pasirodyti esanti žymiai mažesnė.

Gerai, tarkim masės vidurkis yra kažkoks suvokiamas dydis. O kaip su kitais? Ilgio vidurkį apskaičiuoti taip pat nėra labai sudėtinga. Regimosios Visatos spindulys siekia 4,5*10^26 metrų, o elektronų ir kvarkų skersmuo neviršija 10^-18 metro. Vidurkis yra apie 22 kilometrus. Nors ir vėl dydis viršija žmogaus ūgį 4 eilės dydžiais, bet, kaip ir masės atveju, ateityje jis gali tik sumažėti, bet ne padidėti, mat už regimąją Visatą didesnių reikšmingų ilgių turbūt nerasime**.

Toliau: laikas. Trumpiausias išmatuotas laiko tarpas yra apie 10^-18 sekundės dalis; teoriškai apskaičiuotas kai kurių elementariųjų dalelių skilimo laikas yra apie milijoną kartų trumpesnis. Ilgiausiu laiko tarpu, vėlgi, galime paimti Visatos amžių – 4,3*10^17 sekundžių. Vidurkis yra arba 0,65 sekundės, arba tokia pati milisekundės dalis (jei imame tą teorinį laiko tarpą).

Na ir temperatūra. Žemiausia išmatuota temperatūra sudaro vieną dešimtmilijardinę Kelvino laipsnio dalį (t.y. 10^-10 K; sukurta laboratorijoje magnetiniais laukais šaldant dujas), bet fizikinę prasmę turi net ir 10^-18 Kelvino dalies temperatūra. Aukščiausia sukurta Žemėje – 10^19 K (LHC atomų branduolių eksperimentuose), kosmose galbūt susidaro net ir 10^24 K, susiduriant kosminiams spinduliams. Vidurkiai – 3*10^4 arba 10^3 K. Abi temperatūros aukštesnės už mums įprastas, bet tik vienu-dviem eilės dydžiais – vėlgi nedaug, lyginant su 29-42 eilės dydžių intervalu.

Panašių intervalų galima ieškoti ir tarp įvairių išvestinių dydžių. Pavyzdžiui astronomijoje sutinkami elektromagnetinių bangų dažniai siekia nuo 30 iki 3*10^27 hercų, o jų vidurkis, 3*10^14 Hz, yra artimų regimosioms infraraudonųjų bangų (bangos ilgis – 1 mikrometras) dažnis. Energijų vidurkis maždaug 10 kartų viršija Lietuvos metines elektros ir šiluminės energijos sąnaudas… Ir taip toliau. Faktas toks, kad šie vidurkiai nėra nei kosminiai, nei kvantiniai, o žemiški dydžiai.

Bet gal visa tai yra atsitiktinumas? Labai grubiai apskaičiavau, jog tikimybė, kad visų keturių pagrindinių dydžių vidurkiai bus taip arti žmogiškųjų, kaip yra, arba dar arčiau, yra lygi maždaug vienai tūkstantajai. Ir čia netgi tuo atveju, jei laikome, kad „žmogiškas“ laiko matas yra žmogaus amžius, t.y. milijardo sekundžių eilės dydis; bet lygiai taip pat galėtume paimti vieną sekundę, tada tikimybė sumažėtų dar maždaug dešimt kartų. Tad atrodo, jog mūsų „vidurkiškumas“ nėra tik sutapimas.

Jei ne sutapimas, tuomet jam turi būti kažkokių priežasčių. Kokios tos priežastys? Įsivaizduoju dvi galimybes, bet jų gali būti ir daugiau. Pirmoji – „šališkas pasirinkimas“: tikros ribos yra visai kitokios, nei čia pristačiau, tiesiog mes nuo savo atskaitos taško vienodai sėkmingai skverbiamės ir į kosminius, ir į kvantinius mastelius, taigi mums žinomos ekstremalios vertės visada bus vienodai nutolusios nuo žmogiškųjų mastelių. Tačiau tokia galimybė, mano nuomone, nėra tinkamas paaiškinimas. Mat visais atvejais remiamės ne tik tiesiogiai išmatuotais, bet ir teoriškai apskaičiuotais dydžiais, ir vis tiek gauname vidurkį, panašų į žmogiškąjį mastelį.

Antroji galimybė – antropinis argumentas: gyvybei tinkamos sąlygos yra būtent arti vidurio tarp kvantinių ir kosminių ekstremumų, todėl mes būtent jose ir egzistuojame. Tai reikštų, kad nežemiška gyvybė taip pat turėtų būtų panašių mastų, kaip ir žemiškoji. Nesugalvoju priežasčių, kodėl toks paaiškinimas negalėtų būti teisingas. Tiesa, antropinis principas dažnai laikomas nelabai elegantišku pabėgimu nuo problemos, taigi norėtųsi atrasti kokią nors gilesnę priežastį.

Galima ieškoti ir visai egzotiškų paaiškinimų. Pavyzdžiui, jei mūsų Visata yra tik kompiuterinė simuliacija, tai būtų logiška, kad ji vienodai detali į abi puses nuo pagrindiniams tyrimų subjektams tinkamų mastelių. Neabejoju, kad tokių hipotezių galima prigalvoti ir daugiau.

Vieningos išvados iš viso šito rašinio, deja, neturiu. Bet jei jums kyla minčių – pasidalinkite.

* – Kiti trys dydžiai – medžiagos kiekis, šviesos stipris ir elektros srovės stipris – yra sunkiau įvertinami. Medžiagos kiekis netenka prasmės, žvelgiant į labai mažus dydžius, beveik visos ekstremalios elektros srovės yra sukurtos žmonių, o ne natūralių procesų, o šviesos stipris pernelyg susijęs su mūsų akių biologija, kad galima būtų naudoti kaip natūralių procesų vertinimo matą.

** – Taip, egzistuoja teoriškai apskaičiuotų ilgių, viršijančių regimosios Visatos dydį. Bet taip pat egzistuoja ir gerokai mažesnių už išmatuotus ilgių. Tas pat galioja ir kitiems dydžiams. Į juos čia nesigilinu, man svarbiau tai, ką eksperimentiškai esame patvirtinę.

Laiqualasse

9 comments

  1. Man patiko. Del vidurkio tai palaikau nuomone jog „mes nuo savo atskaitos taško vienodai sėkmingai skverbiamės ir į kosminius, ir į kvantinius mastelius“. Na ir siap laikas, atstumas ir mase suristi ir vienas nuo kito priklausomi (d=ct, d=2MG/c^2 ir pan.), taigi kuo giliau zvelgiame, i viena ar kita puse, tuo sie dydziai kinta daug maz vienodai.
    O kodel daug maz vienodai matome i abi puses tai ivardinciau kaip progreso pasekme. Kazkas paskaiciavo, kad norint pazvelgt viena eile gilyn, kaina auga taip pat viena eile. Neapsimoka zvelgt tik i viena puse ekonomiskai taigi ziurima i abi.

  2. Įdomus pastebėjimas. Aš tai buvau tik temperatūrinę aritmetinę asimetriją įžvelgęs. Į minusą tik kelis šimtus laipsnių galim pavažiuot. Į plius kelis tūkstančius ir žemėje galim labai lengvai pasiekt. Nekalbant jau apie žvaigždes. Šaltoki padarai dar šaltesnėj visatoj esam.

    1. Kai kalbame apie labai didelius ir labai mažus (o ne labai teigiamus ir labai neigiamus), tai aritmetinė asimetrija yra garantuota :)

  3. Visa tai tereiškia, jog gyvename geriausiame iš įmanomų pasaulių! :D Vidurkis, „vos“ tūkstantį kartų besiskiriantis nuo mūsų turimų sąlygų, užveda ant minties, kad gal ne ten sliekų ieškoma?… :) Beje, skaičiuojant bangų dažnių vidurkį, grynai matematiškai prašauta: pagal duotus skaičius, jis yra 3*10ˆ13. Skiriasi vos 10x nuo infraredo dažnio.

    1. Nu kad ne. 30*3*10^27 = 9*10^28. Kvadratinė šaknis – 3*10^14.

      Optimizmas man patinka :) Bet „sliekų ieškojimo“ nelabai supratau. Nežemiškos gyvybės kaip tik ieškome panašiuose masteliuose, kaip mūsiški. O pažinimo pakraščiai, tos fronto linijos, kuriose kovojame su nežinomybe, kaip tik ir turi būti toli nuo aukso vidurio.

  4. Gali buti, kad paaiskinimas yra sudetingumo ir komunikacijos teoriju sankirtoje. Tai yra: gyvybe ir ypac protinga gyvybe turi buti pakankamai sudetinga ir todel ji turi buti keliais eiles dydziais didesne uz kvantinius-atominius-molekulinius dydzius. Is kitos puses, primityvi (o mes dar esam pakankamai primityvus) gyvybe sunkiai gali komunikuoti per kosminius atstumus, taigi ji turi buti keliais eiles dydziais mazesne nei kosmines strukturos, nes kitaip jos dalys tiesiog negaletu komunikuoti, o be komunikacijos negaletu issivystyti. Taip ir susispaudziame i viduri. Tai siek tiek antropinis paaiskinimas, bet ne stipriai antropinis. ;)

    1. Apie sudėtingumą aš irgi panašiai galvojau, o apie komunikacijas nebuvau susipratęs. Man patinka toks paaiškinimas :)

  5. Atgalinis pranešimas: Pastatom Visatą, ką? | Konstanta-42

Komentuoti: proffanas Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *