NASTANJIVOST SVEMIRA MILAN M IRKOVI ASTRONOMSKA OPSERVATORIJA BEOGRAD
NASTANJIVOST SVEMIRA MILAN M. ĆIRKOVIĆ ASTRONOMSKA OPSERVATORIJA BEOGRAD FUTURE OF HUMANITY INSTITUTE, OXFORD E-MAIL: MCIRKOVIC@AOB. RS
POSVEĆENO SEĆANJU NA PRIJATELJA I SARADNIKA ROBERT J. BRADBURY (1956 - 2011)
Planetarne nauke Astronautika, svemirske misije Astrofizika ASTROBIOLOGIJA Hemija / biohemija Računarske nauke Fizička eshatologija studije budućnosti Društvene nauke Evoluciona biologija
“TRI KANONSKA PITANJA” ASTROBIOLOGIJE • Kako život počinje i razvija se? • Postoji li život drugde u kosmosu? • Kakva je budućnost života i inteligencije na Zemlji i drugde u kosmosu?
KLJUČNI POJAM ASTROBIOLOGIJE • Za sva tri kanonska pitanja centralni pojam – nastanjivost. • To što nemamo formalnu definiciju nastanjivosti ne treba da ometa naučni rad! • Tri komponente nastanjivosti: 1. Ekološka – u kojoj meri lokalna fizika/hemija/geologija podržavaju život? 2. Prostorna – koliko su veliki takvi habitati? 3. Vremenska – koliko takvi habitati traju? • „Kontinuirana nastanjivost“ (Vukotić 2010; Vukotić et al. 2016)
KOPERNIKANIZAM VS. ANTROPOCENTRIZAM • Razmatranja nastanjivosti su uvek donekle antropocentrična. . . • . . . ali to treba da priznamo (najpre sebi!) i da se protiv toga borimo. • Kopernikanizam u astrobiologiji: nastanjivost Zemlje je tipična = blizu medijane.
JESU LI DISKUSIJE NASTANJIVOSTI CIRKULARNE?
NAŠ SVEMIR JESTE NASTANJIV, OČIGLEDNO
NAŠ SVEMIR JESTE NASTANJIV, ALI – ZAŠTO? • Mala vežba: zamisliti Zemlju na kojoj nikad nije bilo života! • Istorija Zemlje se ne može razdvojiti od istorije biosfere • Dva različita pitanja: • Zašto je Zemlja nastanjiva? • Zašto Zemlja danas izgleda ovako kako izgleda?
DELIKATNOST “ZAŠTO” PITANJA • Zašto je Zemlja okrugla? • Zašto Zemlja ima 7 kontinenata?
ŠTA JE OBJAŠNJENJE? • Eksplanatorna relacija (recimo ⌂) je: • Irefleksivna : ¬( p)(p⌂p) • Antisimetrična : ( p, q)(ako p⌂q tada ¬q⌂p) Tranzitivnost je osnova sve nauke! • Tranzitivna: ( p, q, r)(ako p⌂q i q⌂r tada p⌂r) • Primeri: • (Petar se zarazio Kohovim bacilom)⌂(Petar se razboleo od tuberkuloze) • (Peanovi aksiomi aritmetike)⌂(2+2=4) • (Dolazak nacista na vlast)⌂(Emigracija najistaknutijih nemačkih naučnika i umetnika tokom 1930 -tih godina)
• ⌂ uspostavlja strukturu u skupu svih istinitih tvrdnji. • Postoji li istinita tvrdnja (recimo X) koju ništa ne objašnjava, tj. ¬( y)(y⌂X) ? • Aristotel: DA! (causa finalis je božanstvo) • Lajbnic: NE! (“princip dovoljnog razloga”) • Klasična nauka: NE • Gedel, 1931: DA (u svakom formalnom sistemu neke tvrdnje su istinite slučajno) slučajno • Savremena nauka: ? ? ?
Od ovog filozofskog opredeljenja zavise i mogući pogledi na nastanjivost svemira! Ø Nastanjivost je univerzalna kategorija. Ø Nastanjivost prostiče samo iz zemaljske vrste života.
PIONIR PROUČAVANJA NASTANJIVOSTI. . . • Alfred Russel Wallace (1823 -1913) • „U Darvinovoj senci“ • Brazil, malajski arhipelag. . . • 1858: On The Tendency of Varieties to Depart Indefinitely from the Original Type • 1889: Darwinism • 1903: Man’s Place in the Universe • 1907: Is Mars Habitable? • Po mnogo čemu preteča astrobiologije!
OD ČEGA SE SASTOJI SVEMIR? • Morfološki: od galaksija i drugih nivoa strukture • Hemijski: • 1. H (90% po broju) • 2. He (9%) • 3. O • 4. C • 5. Ne • 6. N • 7. Fe • . . . (svi zajedno oko 1%)
STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL (“VELIKI PRASAK”) • Stvaranje paradigme: Fridman, Lemetr, Gamov (1922 -1947) • Prihvatanje paradigme: kvazari, CMB (1963 -1970) • Svemir se širi i hladi → crveni pomak udaljenih izvora • Stvaranje strukture = glavni događaj u istoriji svemira!
KOSMOLOŠKI PRINCIP • Svemir je - na velikim skalama - homogen i izotropan. • Bez kosmološkog principa, rešavanje jednačina OTR je isuviše teško → ne bi bilo savremene kosmologije!
KOSMOLOŠKI PRINCIP (DELIMIČNO) POTVRĐEN. . . Cf. A redshift survey Las Campanas Redshift survey
…ALI (SREĆOM) NE POTPUNO! • Naše postojanje bilo bi nemoguće bez strukture! strukture • Struktura je veoma daleko od stanja termodinamičke ravnoteže (= toplotne smrti) • T = 2. 735 K • Termodinamička NEravnoteža je suštinski preduslov života!
I PREVIŠE STRUKTURE JE OPASNO. . . • . . . jer materija teži da dostigne stanje najveće entropije = stanje crne rupe! rupe • Bekenštajn, Hoking, Penrouz, Geroh (1970 -tih) • U svemiru danas ima malo crnih rupa. • U prošlosti svemira ih je bilo još manje! • svemir je nastao u stanju jako niske entropije! • “naš” Veliki prasak je jako malo verovatan! verovatan
KOLIKO IMA KAKVE STRUCTURE U REALNOM SVEMIRU? • Formiranje strukture opisane spektrom primordijalnih fluktuacija P(k) gde je autokorelaciona funkcija ξ definisana kao: • Dva različita pitanja: • Šta je poreklo posmatranog P(k)? • Zašto P(k) izgleda baš tako?
“KLASIČNI” ARGUMENTI IZ FINOG PODEŠAVANJA • Hoyle (oko 1953): 3α reakcija • Dicke (1961): posmatračka selekcija • Carter (1974): antropički principi • Weinberg (1987): fino podešavanje tamne energije λ • Leslie, Bostrom, Hogan (cca. 2000): antropički principi su posmatrački selekcioni efekti
ANTROPIČKI PRINCIP(I) • Slabi antropički princip (WAP; Karter 1974): izmerene vrednosti fizičkih i kosmoloških veličina nisu podjednako verovatne, verovatne već su ograničene zahtevom da postoje mesta gde život baziran na ugljeniku može evoluirati, i zahtevom da univerzum bude dovoljne starosti da se to već dogodilo • Fizičke, hemijske, geološke, itd. preduslove za nastanak života i inteligencije nam daje astrobiologija. • WAP je informativna tautologija! • Veoma brojna “fina podešavanja” su empirijske činjenice • Interpretaciju daje bajesovski pristup verovatnoći
PRIMER 1: ZAŠTO IMAMO TRI (VELIKE) PROSTORNE DIMENZIJE? • Ehrenfest, 1917: Stabilni planetski i atomski sistemi su mogući samo u 3 D prostoru • Za D > 3 planetski sistemi su nestabilni! • Za D < 3 nema gravitacione sile između zvezda i planeta! • Pošto su nam atomi i planete neophodni za život. . .
PRIMER 2: PROBLEM KOSMOLOŠKE KONSTANTE • “Najveća greška mog života” – Ajnštajn o kosmološkoj konstanti λ • “Efekat Zlatokose”: kosmološka konstanta ni suviše velika ni suviše mala, nego “baš kako treba”! • Od 1998. godine znamo za postojanje veoma male kosmološke konstante. • Iako je λ < 10 -45 (!), ona igra ključnu ulogu u evoluciji strukture u svemiru.
WEINBERG (1987) – NOVI “ŽANR” ANTROPIČKOG RASUĐIVANJA • Sledeći ideje Banks (1985), Abbott (1985), Linde (1986) antropičko ograničenje kosmološke konstante Λ • Za Λ < 0, • Za Λ > 0, antropički uslov: ne sme deformisati PS toliko da spreči formiranje galaksija • U prvom redu teorije perturbacija • I dalje veliki limit, ali Weinberg je bio krajnje pozitivan!
DVA KLASIČNA OBJAŠNJENJA “FINIH PODEŠAVANJA” • Hipoteza dizajna • Hipoteza multiverzuma (vide Michael Moorcock, cca. 1956) Hipoteza dizajna nema ničeg zajedničkog sa kvazireligioznom ideološkom konstrukcijom poznatom kao “inteligentni Dizajn”!
MULTIVERZUM: BOGATSTVO RAZLIČITOSTI > 0 < 0 = 0
Nešto novo!
DRUGA OSTRVA? • Naše ostrvo je malo (klasično fino podešavanje). . . • • . . . ali nije jedino! Aguirre (2001): nastanjivi “hladni” Veliki prasak još jedno ostrvo u Arhipelagu! Udaljeni kontinent: “weakless” svemir (Harnik, Kribs, & Perez 2006)
PLOVIDBA ARHIPELAGOM? • Dalja istraživanja valja da razrade ovaj lakonski skeč! • formiranje strukture u različitim niskoenergetskim “fizikama”; • uslovi za nastanjivost i postojanje posmatrača; • Bajesovska analiza fenomenologije; • A-life i pojava kompleksnosti u najopštijem kontekstu.
HVALA NA PAŽNJI! PITANJA? SUGESTIJE? KOMENTARI?
- Slides: 37