Por que vivemos em um universo com três dimensões espaciais e uma de tempo - 3 + 1, como diriam os cosmólogos? Por que exatamente esta combinação, e não 4 + 2 ou 2 + 1? Na última década, os físicos exploraram essa questão inúmeras vezes, contemplando outros universos com propriedades diferentes para entender se vida complexa poderia existir neles ou não. E eles inevitavelmente chegaram à conclusão de que ela não poderia existir em um universo com quatro dimensões espaciais ou duas temporais. Portanto, os humanos inevitavelmente terminarão (e terminarão) em um universo 3 + 1.
Este é o argumento antrópico: a ideia de que o universo deve ter as propriedades necessárias para a sobrevivência dos observadores.
Qual é a aparência de um universo bidimensional?
Mas e quanto a universos mais simples como 2 + 1? Os físicos teorizaram que as duas dimensões do espaço podem não fornecer complexidade suficiente para suportar a vida. Eles também acreditam que a gravidade não funcionará em duas dimensões, então objetos como o sistema solar não podem se formar. Mas é realmente assim?
James Scargill, da University of California, Davis, contrariando todas as expectativas, mostrou que um universo 2 + 1-dimensional poderia suportar tanto a gravidade quanto a vida complexa. Seu trabalho solapa o argumento antrópico para cosmólogos e filósofos, que terão de procurar outra razão pela qual o universo assume a forma que assume.
Primeiro, um pequeno histórico. Um dos grandes mistérios científicos é por que as leis da física parecem ser aprimoradas (ou ajustadas) para a vida. Por exemplo, o valor numérico da constante de estrutura fina parece arbitrário (cerca de 1/137), mas vários físicos apontaram que, se fosse ligeiramente diferente, átomos e objetos mais complexos não poderiam ter se formado. Em tal universo, a vida seria impossível.
A abordagem antrópica é que se a constante de estrutura fina assumisse qualquer outro valor, não haveria observadores para medi-la. É por isso que tem o valor que medimos!
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Na década de 1990, Max Tegmark, agora um físico do Massachusetts Institute of Technology, desenvolveu um argumento semelhante para o número de dimensões do universo. Ele argumentou que, se houvesse mais de uma dimensão de tempo, as leis da física não teriam as propriedades que os observadores precisam prever. Isso definitivamente excluiria a existência de físicos e possivelmente a própria vida.
Agora, vamos passar para as propriedades dos universos com quatro dimensões espaciais. Em tal espaço, as leis do movimento de Newton seriam muito sensíveis a pequenas perturbações. Uma consequência disso é que órbitas estáveis não poderiam se formar, então não haveria sistemas solares ou outras estruturas semelhantes. “Em um espaço com mais de três dimensões, não pode haver átomos tradicionais e possivelmente estruturas estáveis”, diz Tegmark.
Assim, as condições de vida parecem improváveis em universos com mais dimensões que o nosso. Mas o argumento é que universos com menos dimensões são menos seguros.
Há uma opinião de que a teoria geral da relatividade não funciona em duas dimensões, portanto não pode haver gravidade.
Mas James Scargill pensa de forma diferente. Em seu artigo, ele mostra que um campo gravitacional muito mais simples e puramente escalar pode ser possível em duas dimensões, e isso permitiria órbitas estáveis e cosmologia inteligente. Resta apenas mostrar como a complexidade pode surgir em dimensões 2 + 1. Scargill aborda esse problema em termos de redes neurais. Ele destaca que a complexidade das redes neurais biológicas pode ser caracterizada por várias propriedades especiais que qualquer sistema 2D deve reproduzir.
Entre eles está a propriedade "mundo pequeno", um modelo de comunicação que permite atravessar uma rede complexa em poucos passos. Outra propriedade das redes cerebrais é que elas operam em um modo delicadamente equilibrado entre a transição de alta atividade para baixa atividade - o modo de criticidade. Isso também parece ser possível apenas em redes com uma hierarquia modular, em que pequenas sub-redes são combinadas em redes maiores.
A questão que Scargill faz é se há alguma rede 2D que tenha todos esses recursos - propriedades de mundo pequeno, hierarquia modular e comportamento crítico.
Isso parece improvável a princípio, porque em gráficos 2D, os nós são conectados por meio de arestas que se cruzam. Mas Scargill mostra que as malhas 2D podem de fato ser construídas de maneira modular e que esses gráficos têm certas propriedades de mundo pequeno.
Ele também mostra que essas redes podem operar em um ponto de transição entre dois comportamentos, demonstrando criticidade. E este é um resultado surpreendente, o que sugere que as redes 2D podem de fato suportar um comportamento surpreendentemente complexo. Claro, isso não prova que o universo 2 + 1 pode realmente suportar vida. Vai dar mais trabalho para descobrir com certeza.
