مسائل فلسفی کیهان‌شناسی
غواصی عمیق در مبانی کیهان‌شناسی
کاسمولوژیا
تاریخ انتشار مقاله 22 سپتامبر 2021
نویسنده: جرج الیس
کیهان‌شناس برنده جایزه تمپلتون و نویسنده مشترک “ساختار بزرگ مقیاس فضا-زمان” با استیون هاوکینگ.
ترجمه: آرین رسولی پژوهشگر کیهان‌شناسی و فلسفه
زمان خواندن: تقریبا 37 دقیقه
یادداشتی از ویراستاران :
در حالی که کیهان‌شناسی در دهه‌های اخیر پیشرفت فوق‌العاده‌ای داشته، با برخی مشکلات فیزیکی اساسی و مسائل ریاضی روبرو است. علاوه بر این چالش‌های علمی زیادی از کیهان‌شناسی مدرن متکی بر مفروضات فلسفی است که مورد توجه قرار نگرفته ، آزمایش نشده یا غیرقابل اعتماد است.
در این بحث وسیع و طولانی از مسائل فلسفی کیهان‌شناسی، جرج الیس موضوعات کلیدی را که قبل از طرح رویکرد متافیزیکی برای درک ماهیت کیهان، پایه گذار علم هستند ، برجسته می‌سازد.
فهرست مطالب
1 معرفی
2 کیهان‌شناسی فیزیکی
2.1 جهان با گذشت زمان در حال تکامل است
2.2 هیچ چیزی قابل مقایسه با جهان نیست.
2.3 اندازه وسیع کیهان توانایی ما را برای آزمایش محدود می‌کند.
2.4 ما در مرکز جهان نیستیم.
2.5 ما یک مدل بسیار موفق داریم ، اما دارای مسائل متعددی است.
3 کاسمولوژیا (Cosmologia)
3.1 مسائل اخترزیست‌شناسی (Astrobiology)
3.2 مسائل انسان‌شناسی
3.3 مسائل متافیزیکی
4 ماهیت کیهان
4.1 فضاهای امکان‌پذیر
4.2 داده‌های مربوطه
4.3 معنا و هدف
4.4 چهار نمای احتمالی
1. معرفی
کیهان‌شناسی از زمانی که اینشتین اولین مدل کمی کیهان‌شناسی را در سال 1917 پیشنهاد کرد ، حتی زمانی که ماهیت کهکشانها نیز ناشناخته بود ، به عنوان یک علم طبیعی پیشرفت‌های بزرگی کرده است.
از یک سو کیهان‌شناسی به یک علم بالغ با مدل‌های پیچیده‌ی ریاضی و عددی (کامپیوتری) تبدیل شده است که توسط مجموعه وسیعی از مشاهدات و تجزیه و تحلیل داده‌ها پشتیبانی می‌شود. ما در حال حاضر اطلاعات زیادی در مورد گسترش و تکامل جهان داریم. از سوی دیگر کیهان‌شناسی مستلزم پیش بردن ماهیت تحقیقات علمی تا حدودی است که مفروضات فلسفی به جای آزمایش و داده شروع می‌کند به سامان‌دهی نظریه‌ها .
مسائل فلسفی مهم در کیهان‌شناسی هم به معنای دقیق‌تر (جزئی‌تر) و هم گسترده‌تر (کلی‌تر) پدید می‌آیند. جنبه‌ی دقیق‌تر حوزه‌ی فیزیک کیهان شناسی است. مفهوم گسترده‌تر درباره ماهیت وسیع‌تر کیهان‌شناسی است: رابطه آن با معنا و هدف و رابطه آن با زندگی همانطور که توسط جوامع مختلف در طول اعصار درک شده است . برای تشخیص این جنبه از کیهان‌شناسی فیزیکی ، من این مطالعه گسترده را کاسمولوژیا می‌نامم. به ترتیب آنها را بررسی می‌کنم.
2. کیهان‌شناسی فیزیکی
کیهان‌شناسی فیزیکی مطالعه‌ی ماهیت جهان فیزیکی در بزرگترین مقیاس است: چه چیزی وجود دارد؟ آن چیز مشغول چه کاری است؟ چگونه به آن چیزی که هست تبدیل شد؟ این یک علم قابل آزمایش است که توسط مشاهدات بسیار پیچیده پشتیبانی می‌شود. ما در یک کهکشان (شکل 1 سمت چپ) ساخته شده از میلیاردها ستاره زندگی می‌کنیم ، که آن را به عنوان راه شیری در یک شب روشن می‌بینیم. جهان از میلیاردها کهکشان ساخته شده که خوشه‌های عظیمی را تشکیل می‌دهند (شکل 1 سمت راست) که خود به صورت ورقه‌ها و دیوارهای وسیع سامان یافته‌اند.
کیهان‌شناسان مدل فوق العاده موفقی از هندسه و تکامل جهان مرئی ، از مرحله اولیه انفجار داغ آن تا دوران کنونی دارند. اما این مدل مشکلاتی دارد. مجموعه‌ای از مسائل فلسفی زمینه ساز این مشکلات می‌باشد. برای درک کامل آنها باید فیزیک و نجوم را با جزئیات دنبال کنید.
2.1 جهان با گذشت زمان در حال تکامل است
مشاهدات کهکشان‌های دور نشان می‌دهد که جهان با گذشت زمان در حال تغییر است – مقیاس کلی آن با دورتر شدن کهکشانها از یکدیگر گسترش می‌یابد. شواهد واضح است: کهکشانها به طور معمول از ما دور می‌شوند و سرعت رکود با فاصله افزایش می‌یابد، نتیجه‌ای که ابتدا توسط ژرژ لومتر و ادوین هابل بین سال‌های 1917 تا 1929 کشف شد. جهان یک جهان پویا است. تکامل آن [1] تحت قوانین فیزیکی اداره می‌شود که در همه جا یکسان است و وجود ما در آن بی‌تأثیر است. این اولین اصل بی‌تفاوتی است : انسان نمی‌تواند بر تکامل جهان تأثیر بگذارد. همینه که هست.
دو نیروی دوربرد وجود دارد: الکترومغناطیس و گرانش. اما الکترومغناطیس بارهای مثبت و منفی دارد که در مقیاس بزرگ خنثی می‌شوند، بنابراین هیچ اثر دوربردی ندارد. از آنجا که گرانش تنها نیروی دوربرد است که فقط بار مثبت دارد (در مورد گرانش، بار همان چیزی است که ما آن را “جرم” می‌نامیم)، گرانش چگونگی تکامل جهان با گذر زمان را کنترل می‌کند. نتایج کیهانی به نوع ماده و انرژی موجود بستگی دارد. در یک حلقه علّی بسته، هندسه فضا-زمان تغییر چگالی ماده را با زمان کنترل می‌کند و نحوه حرکت را به ماده منتقل کرده و ماده ب هندسه فضا-زمان تحمیل می‌کند که چگونه با زمان تغییر کند.
نکته قابل توجه این است که از نظر همه‌ی بزرگترین ذهن‌ها در زمانی که کیهان‌شناسی برای اولین بار به صورت علمی مورد بررسی قرار گرفت (1917-1931) به عنوان یک واقعیت بدون تردید تصور می‌شد که جهان باید با زمان تغییر ناپذیر باشد: یعنی باید ایستا باشد. این بزرگترین اشتباه اینشتین بود. او به الکساندر فریدمن و ژرژ لومتر (که به طور مستقل امکان گسترش را کشف کردند) گفت که آنها اشتباه می‌کنند. با این حال اینشتین اشتباه می‌کرد، تغییر با زمان یکی از ویژگی‌های اصلی جهان است.
مدل اساسی تکامل کیهانی
بنابراین ماهیت تکامل پویای جهان چیست؟ این فقط یک مسئله هندسی نیست. این شامل مجموعه‌ای از فعل و انفعالات فیزیکی کلیدی است که آنچه امروزه وجود دارد را شکل داده است. آنچه در مبدأ جهان اتفاق افتاده ناشناخته است. بلافاصله پس از آن یک دوره بسیار کوتاه از گسترش فوق العاده سریع (” تورم”) آغاز شد که هر چیزی را که در آن زمان وجود داشت رقیق و سرد کرد. پس از آن گرم شدن مجدد و سپس یک بیگ بنگ داغ در زمانی اتفاق افتاد که ماده و تابش به شدت برهم‌کنش یافتند، بنابراین جهان در برابر تشعشعات مات بود. نوکلئوسنتز اولیه رخ داد و منجر به وجود هلیوم و اثری از دوتریوم و لیتیوم علاوه بر هیدروژن شد. سپس جداسازی ماده و تابش صورت گرفت و جهان در تابش در آخرین سطح پراکندگی (LSS) که تابش کیهانی(CBR) را ساطع می‌کند شفاف شد که امروزه در دمای بسیار پایین2.75K
(70270درجه سانتی گراد) تشخیص می‌دهیم.
نوسانات کوانتومی در دوران تورم منجر به نوسانات چگالی بسیار کمی شد که اساس بی‌ثباتی گرانشی را پدید آورد که منجر به ظهور ستارگان و کهکشانها پس از حدود 400 میلیون سال شد. برخی از ستارگان بزرگ بسیار سریع تکامل یافتند و سپس منفجر شدند و در فضا عناصر سنگینی مانند کربن و اکسیژن پخش شدند. این پایه و اساس وجود ستارگان نسل دوم را احاطه کرد که توسط سیاره‌هایی احاطه شده‌اند که حیات بر روی آنها شکل می‌گیرد. در حالی که انبساط جهان در دوران داغ بیگ بنگ و مدتی طولانی پس از آن کند شد اما در دوران اخیر به دلیل نوعی انرژی منفی که به آن انرژی تاریک گفته می‌شود، سرعت آن افزایش یافته است. آنها به‌وسیله نوکلئوسنتز ستاره‌ای شکل گرفته بود . ماهیت آن ناشناخته است: ممکن است فقط یک ثابت کیهان‌شناسی باشد – یک نیروی دافعه دائمی که توسط اینشتین در سال 1917 پیشنهاد شد.
2.2 هیچ چیز قابل مقایسه با جهان نیست
نجوم و کیهان‌شناسی علوم مشاهده‌ای به جای علوم تجربی هستند زیرا ما می‌توانیم بر روی ستاره یا کهکشان و یا چیزی که در جهان نیست (یا هر سه) آزمایش انجام دهیم . ما نمی‌توانیم جهان را با شرایط شروع یکسان یا متفاوت دوباره اجرا کنیم تا ببینیم آیا اوضاع متفاوت پیش می‌رود یا نه. حتی منطقی نیست که در مورد قوانین مربوط به جهان صحبت کنیم زیرا ماهیت یک قانون این است که در مورد اجسام متعدد صدق می‌کند و هیچ جهان دیگری وجود ندارد که یک قانون بتواند در مورد آن اعمال شود. علاوه بر این کیهان‌شناسی در بین علوم مشاهده‌ای منحصر به فرد است زیرا ما نمی‌توانیم جهان را با اجسام مشابه مقایسه کنیم، همانطور که در مورد کوه‌ها یا ستارگان، کهکشانها یا فیل‌ها می‌توانیم. اگرچه ما می‌توانیم مشاهدات زیادی از آن داشته باشیم اما تنها یک جهان برای مشاهده ما وجود دارد.
آنچه می‌توانیم انجام دهیم این است که انواع مدل‌های ریاضی جهان را بسازیم و پیش‌بینی‌های آنها را با مشاهدات نجومی از یک جهان که در واقع وجود دارد مقایسه کنیم. ما می‌توانیم مجموعه‌ای از چنین مدل‌هایی را با پارامترهای مختلف اجرا کنیم و ببینیم کدام نتایج را بهتر پیش‌بینی می‌کند و با داده‌های مشاهدات مطابقت دارد. اما مسئله این است: اگر بین مشاهدات و مجموعه‌ی مدل‌های ما ، مانند منطقه بزرگ دمای پایین در تابش پس‌زمینه مایکروویو کیهانی ، انحرافی وجود داشته باشد ، آیا می‌گوییم مدل‌های ما به نوعی اشتباه هستند و ما باید مدل‌های بهتری بسازیم؟ یا می‌گوییم که مدل خوب است زیرا بسیاری از فرایندهای رخ داده آماری هستند و انحراف مشاهدات از پیش‌بینی‌های مدل با توجه به این رفتار تصادفی قابل قبول است؟ این مسئله اجتناب ناپذیر واریانس کیهانی است.
2.3 وسعت جهان توانایی ما را برای آزمایش محدود می‌کند
جهان پهناور است. قسمت قابل رویت جهان شامل حدود 200 میلیارد کهکشان (2 × 10^11) است که معمولاً بین 3000 تا 300000 سال نوری قطر دارند. در مقابل ، فاصله تا ماه حدود 1.2 ثانیه نوری، تا خورشید 8 دقیقه نوری و تا نزدیکترین ستاره (آلفا قنطورس) 4.36 سال نوری است. بنابراین هر کهکشان بسیار بزرگتر از زمین است و جهان مرئی بسیار بزرگتر. انسان‌ها در مقایسه با اندازه جهان کاملاً ناچیز هستند. این دومین اصل بی‌تفاوتی است.
از دیدگاه کیهان‌شناسی که به عنوان یک علم مشاهده‌ای (یا مشاهداتی) در نظر گرفته می‌شود، این یک مشکل اساسی است. ما می‌توانیم به هر قسمتی از سطح زمین سفر کنیم تا ببینیم چه چیزی وجود دارد، و ما از هر قسمتی از سطح زمین و ماه از طریق ماهواره‌های موجود در فضا عکس گرفته‌ایم. در مقابل ما فقط می‌توانیم به صورت مشاهده‌ای به بخش بسیار کوچکی از جهان دسترسی داشته باشیم. ما نمی‌توانیم به نقاط دور کیهان سفر کنیم تا ببینیم آنجا چیست. علاوه بر این کل وجود بشریت (حدود 1.8 میلیون سال) در مقایسه با عمر جهان (14 میلیارد سال) یک لحظه است.
از آنجا که نور با سرعت نور (3 × 108 متر بر ثانیه) به سمت ما حرکت می‌کند ، ما نمی‌توانیم اشیا را به شکل کنونی ببینیم. به عنوان مثال ما کهکشان آندرومدا را همانند 2.5 میلیون سال پیش می‌بینیم. ما تصویری از گذشته دور را مشاهده می‌کنیم ،و نه حال. بنابراین ما فقط می‌توانیم جهان را از آنچه در واقع یک نقطه در فضا و یک لحظه از زمان هست ، مشاهده کنیم. ما نمی‌توانیم زمان‌های قبل از آخرین سطح پراکندگی (LSS) را ببینیم ، زیرا جهان در آن زمان مات بود.
تمام تصاویری که می‌بینیم بر روی کره‌ای دو بعدی (“آسمان”) [2] پیش‌بینی شده است . ما باید ماهیت کل کیهان را از (i) یک تصویر چند بعدی با طول موج دو بعدی در آسمان استنباط کنیم.از آنچه تا تابش ماده انتقال به سرخ z*= 1100 وجود دارد و (ii) داده‌های نوع زمین‌شناسی درباره شرایط نزدیک به مرز جهان گذشته قبل از جداسازی ماده-تابش.
به همین دلیل است که تعیین فاصله کهکشانها و دیگر منابع درخشان در هسته کیهان‌شناسی قرار دارد. سهم بزرگ هابل کسب اولین اندازه‌گیری قابل اطمینان از چنین فاصله‌ای از طریق ستارگان متغیر دلتا قیفاووسی بود . مشکل ما جدا کردن تکامل کیهان از تکامل خواص منبع است. کیهان‌شناسی مشاهده‌ای در جستجوی شمع‌های استاندارد است؛ خانواده‌هایی از منابع که می‌توان آنها را دارای ویژگی‌های استاندارد دانست، مانند متغیرهای دلتای قیفاووسی و ابرنواخترهای نوع Iaـ
اما نگرانی اینجاست که آیا این ویژگی‌ها می‌تواند مدت‌ها پیش متفاوت باشد ، در حالی که خاصیت فلزی (metallicity) محیط محلی متفاوت بود.
2.4 ما در مرکز جهان نیستیم
نقطه شروع پیشنهادی هندسه برای فضا-زمان این است که به نظر نمی‌رسد هیچ جهت مطلوبی در بزرگترین مقیاس در اطراف ما وجود داشته باشد. به عنوان مثال مشاهدات کهکشان، منطقه‌ای را نشان نمی‌دهد که امکان داشته باشد مرکز جهان باشد زیرا کهکشان‌های بیشتری در یک جهت نسبت به سایر نقاط وجود دارد. اگر فرض کنیم که ما ناظران خاصی نیستیم – ما در مکان خاصی در جهان نیستیم – این برای همه ناظران صادق است. این احتمال وجود دارد که جهان تقریباً در هر مکانی ایزوتروپیک به نظر برسد. این یک قضیه ریاضی است که جهان باید علاوه بر این از نظر فضایی همگن باشد (در همه جا در همان زمان یکسان است). بنابراین ما می‌توانیم مدل‌هایی از جهان را ارائه دهیم که در آن جهان همگن و همسانگرد فضایی را در هر نقطه رعایت کند. چنین مدل‌هایی پیش‌زمینه استاندارد کیهان شناسی هستند و هیچ ساختار بزرگ مقیاسی ندارند. برای نشان دادن شکل‌گیری ساختار (مانند کهکشانها) ، ما مدل‌های پیش‌زمینه را بر هم می‌زنیم تا مدل‌های واقع‌بینانه‌تری را در بر بگیریم که حاوی ناهمگونی‌های کوچکی هستند که با گذر زمان رشد می‌کنند و به کهکشان و خوشه‌ای از کهکشانها تبدیل می‌شوند.
از نظر هندسی این مدل‌های پس زمینه فقط با یک مقیاس (t) که با زمان تغییر می‌کند، مشخص می‌شود و یک k که ثابت تعیین کننده انحنای فضایی آنها است.
اگر کیهان دارای بخش‌های فضایی منحنی مثبت است و بنابراین از نظر فضایی بسته است ، ثابت k +1 است (اگر در هر جهتی به شیوه‌ای بی‌وقفه حرکت کنید، به همان نقطه در عقب برمی‌گردید).
اگر جهان مسطح و مطابق قوانین هندسه اقلیدسی باشد، k 0 است.
و اگر دارای بخش‌های فضایی منحنی منفی باشد ، k -1 است و خطوط موازی هرچه جلوتر می‌روند از یکدیگر دورتر می‌شوند.
در اصل فرض کوپرنیکی مبنای این مدل‌ها (“جهان در همه جا یکسان است”) فقط یک فرض فلسفی بود، زیرا از مدل‌های بسیار ساده‌ای برخوردار بود که به خوبی کار می‌کردند. از آن زمان انواع آزمایش‌های رصدی برای تعیین اینکه آیا جهان واقعاً از نظر فضایی در بزرگترین مقیاس‌ها همگن است یا خیر، توسعه یافته و این فرض اکنون از یک فرض فلسفی تأیید نشده، به یک نتیجه علمی آزمایش شده طبق مشاهدات تبدیل شده است، که پیشرفت قابل ملاحظه‌ای است. این سومین اصل بی‌تفاوتی را تأیید می‌کند : ما مرکز جهان نیستیم ، اینجا هیچ مرکزی ندارد.
2.5 ما یک مدل بسیار موفق داریم ، اما دارای مسائل متعددی است
همانطور که در بخش قبل ذکر شد برای مطالعه شکل‌گیری ساختار، باید مدل‌های آشفته‌ای را در نظر بگیریم که انحرافات کوچکی از همگنی فضایی نشان می‌دهند. این مدل‌ها منجر به پیش‌بینی نحوه شکل‌گیری ساختار در روند تکامل مدل پیش‌زمینه می‌شوند. این پیش‌بینی‌ها توسط طیف وسیعی از مشاهدات، به روش‌هایی برای آزمایش آن مدل‌های پیشین منجر می‌شود: چگونه انتقال به سرخ کهکشان با فاصله تغییر می‌کند. با استفاده از مشاهدات تابش مایکروویو کیهانی تعیین درجه حرارت CMB، طیف ، ناهمسانگردی و قطبش؛ با مشاهدات کهکشان طیف قدرت ماده (چقدر ساختار در مقیاس‌های مختلف وجود دارد، که ما آن را با مطالعات عددی شکل‌گیری ساختار مقایسه می‌کنیم) و همچنین با اندازه‌گیری فراوانی عناصر اولیه.
همه این مشاهدات برای تعیین مجموعه‌ای مشابه از پارامترهای کیهان‌شناسی، که اساس چیزی است که اغلب از آن به عنوان مدل استاندارد کیهان‌شناسی بیگ بنگ یاد می‌شود، همسو می‌شوند . این پارامترها نشان می‌دهد که جهان تقریباً از نظر فضایی مسطح است و چگالی انرژی آن شامل 68.3 درصد انرژی تاریک، 26.8 درصد ماده تاریک غیر باریونی (نه ماده معمولی) و 4.9 درصد ماده معمولی (باریونیک) است. به طور گسترده‌ای پذیرفته شده که تا زمان تغییرات کوچک در این پارامترها، اینها مدل‌هایی عالی از جهانی هستند که ما در آن زندگی می‌کنیم.
با وجود موفقیت مدل استاندارد کیهان‌شناسی، یک‌سری چیزها وجود دارد که ما در مورد فیزیک بنیادین، در مورد خود کیهان‌شناسی و نحوه تعامل آنها با یکدیگر نمی‌دانیم. کارهای زیادی در مورد همه این موضوعات در حال انجام است که در زیر مورد بررسی قرار می‌گیرد.
مسائل کلیدی فیزیک مدل استاندارد کیهان‌شناسی
چه چیزی باعث افزایش سرعت جهان می‌شود؟ یعنی ماهیت ” انرژی تاریک ” چیست؟ ممکن است فقط یک ثابت کیهان‌شناسی باشد، اما همچنین ممکن است یک میدان پویا باشد. ما نمی‌دانیم. آنچه می‌دانیم این است که نظریه میدان کوانتومی در محاسبه ساده چگالی انرژی خلاء که انتظار می‌رود به عنوان ثابت کیهان‌شناسی مؤثر عمل کند، در مقایسه با آن چه مشاهده می‌شود، اشتباه پاسخ می‌دهد و 120 مرتبه بزرگ است . راه حل‌های این مشکل جدی شامل این فرض است که چندجهانی وجود دارد یا نظریه گرانش نیاز به اصلاح دارد (برای هر دو به پایین مراجعه کنید).ماهیت ماده تاریک نامرئی غیر باریونی که بر تشکیلات ساختار غالب است و 85٪ ماده جهان را نشان می‌دهد ، چیست؟ احتمالات زیادی پیشنهاد شده و بسیاری از جستجوها در انواع مختلف آن بدون موفقیت انجام شده است. چیزی که ما می‌دانیم این است که این ماده کاملاً برخلاف ماده معمولی است که بر روی زمین غالب است زیرا مستقیماً با نور تعامل ندارد، به همین دلیل ما نمی‌توانیم آن را ببینیم. یک توضیح احتمالی برای هر دو موضوع فوق این است که وجود ظاهری انرژی تاریک/ماده تاریک یک توهم است که به این دلیل ایجاد می‌شود که ما از قانون گرانش اشتباه در مقیاس‌های بزرگ استفاده می‌کنیم. نسبیت عام به خوبی روی مقیاس‌های منظومه شمسی آزمایش شده و توسط مجموعه اخیر مشاهدات امواج گرانشی تأیید شده است. اما آیا ما به نوعی گرانش تغییر یافته برای توضیح انرژی تاریک ظاهری / ماده تاریک نیاز داریم؟ احتمالات زیادی در حال بررسی است. چه چیزی باعث انبساط چشمگیر شده است که اکثر کیهان‌شناسان معتقدند در جهان اولیه رخ داده است؟ تورم چیست که تورم کیهانی را تقویت کرد ؟ بیش از 120 مدل در بازار وجود دارد ، اما هیچ یک از آنها فوق العاده قانع کننده نیست زیرا هیچکدام بر اساس فیزیک مطلوبی ساخته نشده است. با این وجود علیرغم همه‌ی اینها توافق شده است که تورم رخ داده و توضیح می‌دهد که چرا جهان به همان اندازه‌ای که ما مشاهده می کنیم یکنواخت است. منشاء عدم تقارن ماده/ضدماده‌ای که در محلی می‌یابیم چیست؟ ماده به طور کامل بر ضد ماده تسلط دارد، علیرغم اینکه از لحاظ نظری بر پایه یکسانی قرار دارند. آندره ساخاروف مجموعه ای از شرایط را برای ایجاد این عدم تقارن در جهان اولیه پیشنهاد کرده است اما ما مکانیزم خاصی را نمی‌شناسیم که کار کند.
اینها به خودی خود مشکلات فلسفی نیستند، اما داشتن چنین مبناهای فیزیکی مرکزی از نظریه غالب و به خوبی آزمایش شده، بسیار نامطمئن است. آیا آنها احتمالاً به یکی از مبانی فلسفی اساسی – مانند فرض ضمنی مبنی بر این که فیزیک در همه کائنات مشابه همان صورتی است که در روی زمین است – اشاره می‌کنند؟
یکی از اکتشافات این امکان از طریق نظریه‌هایی است که می‌گویند برخی از “ثابت‌های طبیعت” در واقع ثابت نیستند و در مناطق دور جهان متفاوت هستند. پیشنهادات ارائه شده در این زمینه تا حدودی ارائه و آزمایش شده است اما قانع کننده نیست.
مسائل کلیدی کیهان‌شناسی مدل استاندارد کیهان‌شناسی
•تنش هابل: اندازه‌گیری دقیق ثابت هابل (میزان انبساط جهان امروز) از منابع مختلف در دسترس است. به نظر می‌رسد که برآوردهای جهان نزدیک (اخیراً) با آنچه از جهان دور (اولیه) بدست آمده متفاوت است. مقدار اولیه جهان حدود 67 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک و ارزش جهان اواخر حدود 74 تا 75 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک به طور قابل توجهی اختلاف نظر دارد. منبع این اختلاف مشخص نیست.
•ناهمگونی در مقیاس بزرگ؟ یک راه حل احتمالی این است که جهان کروی متقارن زمین اما ناهمگن است، که می‌تواند منجر به چنین پیش بینی‌ای شود. آیا اصل کوپرنیک (ما در مرکز جهان نیستیم) واقعاً صادق است؟ این مسئله به این دلیل است که چرا جهان این‌قدر یکنواخت است، که معمولاً با تورم توضیح داده می‌شود. اما برای بررسی اینکه آیا تورم مسئول است، باید پویایی تورم را در فضا -زمان‌های بسیار ناهمگن بسازیم، در حالی که این امر تقریباً همیشه فقط در زمینه جهان‌های تقریباً همگن انجام می‌شود – فرض بر این است که هندسه اساسی از ابتدا شروع می‌شود.
•شکل کیهان . یک سوال کلیدی این است که آیا بخش‌های فضایی دارای انحنای فضایی مثبت، منفی یا مسطح هستند: یعنیk = +1، -1 ، یا 0 است؟ این مهم است زیرا اولاً، پویایی جهان وقتی k =+1 باشد بسیار غنی‌تر از دو مورد دیگر است. تنها در این صورت می‌توان یک مدل ایستا، یک جهش، یک فروپاشی مجدد یا یک مرحله مرزی ایجاد کرد. علاوه بر این اگر k = +1 و جهان لزوماً از نظر فضایی بسته باشد: در هر زمان حجم محدودی دارد و شامل مقدار محدودی از ماده و تعداد محدودی از کهکشانها است.
تفاوت بزرگی با اندازه نامتناهی جهان (با تعداد نامحدودی از کهکشانها) معمولاً فرض می‌شود. متأسفانه مشاهدات فعلی نشانه انحنای فضایی را مشخص نمی‌کند. ممکن است هرگز تعیین نشود زیرا بسیار نزدیک به صفر است.(توجه داشته باشید که در واقع صفر بودن بی نهایت نامحتمل است.)
•یک جهان کوچک؟ در صورت عدم وجود توپولوژی استاندارد، می‌توان جهان‌های بسته فضایی، با تعداد محدود کهکشانها و مقدار محدود ماده، برای هرگونه انحنایی داشت: ارتباط مقیاس بزرگ آنها با فضای اقلیدسی یکسان نیست. یک توروس یا یک نوار موبیوس نمونه‌هایی در 2 بعد هستند.
اگر k = -1 باشد، توپولوژی‌های فضایی بسیار پیچیده امکان‌پذیر است.
در این صورت احتمال جذاب این است که اگر بخش‌های فضایی به اندازه کافی کوچک به خود نزدیک شوند، این امکان وجود دارد که ما از زمان جداسازی، آنها را به طور کامل در سراسر جهان مشاهده کرده باشیم. سپس هیچ افقی بصری وجود ندارد : ما می‌توانیم تمام ماده موجود در جهان را مشاهده کنیم که در این مورد از نظر فضایی محدود است. ما می‌توانیم چندین تصویر از بسیاری از کهکشانها را ببینیم و حتی شاید چندین بار کهکشان خودمان را در مراحل مختلف تاریخ خود مشاهده کنیم. در چنین جهان کوچکی وضعیت رصدی ما کاملاً متفاوت از مدل‌های معمول با افق بصری است. ما می‌توانیم با جستجوی حلقه‌های یکسان در جهات مختلف در CMB این احتمال را بررسی کنیم. آنها در توپولوژی‌های خاص جهان کوچک تا کنون آزمایش نشده‌اند.
•چندجهانی؟ آیا حوزه‌های دیگری از جهان مشابه آنچه ما مشاهده می‌کنیم وجود دارد ، اما با پارامترهای مختلف یا حتی فیزیک متفاوت (“یک چندجهانی”)؟ این امر به دلایل مختلف به ویژه مسئله انسان‌محوری (به پایین مراجعه کنید) پیشنهاد شده است. با این حال مشکل اصلی این است که هیچ اشاره‌ای به این موضوع در بررسی‌های کهکشان یا در آسمان CMB وجود ندارد، که دورترین نقطه‌ای است که می‌توانیم ببینیم. اگر وجود داشته باشد فراتر از افق بصری است، بنابراین می‌توانید هر چیزی را که می‌خواهید در مورد آن ادعا کنید. من می‌توانم چیز دیگری ادعا کنم: این ادعاها نه قابل اثبات است و نه قابل رد. بنابراین می‌توان پیشنهاد کرد که آنها ادعاهای علمی نیستند. مسأله‌ای که مطرح می‌شود این است که آیا “تأیید نظریه غیر تجربی” ، بر اساس روشهای بیزی، یک روش علمی معتبر است؟ این جاده بسیار لغزنده است و از علم معمول دور است.
مسائل کلیدی در تقاطع فیزیک و کیهان‌شناسی
سرنوشت جهان دور آینده چیست؟ ما به طور قطع نمی‌دانیم که در جهان آینده بسیار دور چه اتفاقی خواهد افتاد – این بستگی به ماهیت ماده/زمینه‌هایی دارد که در آن زمان بر آن مسلط خواهند شد. از آنجا که ماهیت پویای انرژی تاریک را نمی‌دانیم ، پاسخ آن را نمی‌دانیم. با این حال اگر واقعاً ثابت کیهان‌شناسی باشد، جهان به سادگی با سرعت فزاینده‌ای برای همیشه منبسط می‌شود و خالی‌تر و خالی‌تر و سردتر و سردتر می‌شود تا اینکه در نهایت حتی باریون‌ها نیز از بین می‌روند. روش‌هایی جایگزین پیشنهاد شده است، از جمله مدل‌های Big Rip که در آن جهان در یک زمان محدود به مقدار نامحدود گسترش می‌یابد، اما اینها به حدس و گمان‌های بسیار غیرقابل قبول در مورد ماهیت ماده بستگی دارد. و کیهان‌شناسی چرخه‌ای مطابق ایده‌ی راجر پنروز جایی که عصر انبساط با چگالی انرژی در حال نابودی است ، تولد مجدد ماده در مرحله انبساط جدید دنبال می‌شود. با این حال مکانیزمی که به موجب آن این اتفاق می‌افتد مبهم است و از نظر فیزیکی آزمایش نشده است.
•آیا جهان آغاز داشته است؟علیرغم قضایای مشهور تکینگی که توسط راجر پنروز و استیون هاوکینگ اثبات شده است و می‌گویند که باید جهان آغازی داشته باشد حتی اگر در اوایل بسیار ناهمگن و ناهمسانگرد بوده باشد، ما هنوز نمی‌دانیم که آیا این امر به دو دلیل کلیدی صادق است یا خیر. اولاً ، مرحله اولیه تورم جهان که اکنون بخشی کلیدی از مدل استاندارد کیهان شناسی است ، توسط میدان‌های مقیاس پذیر که شرایط انرژی نهفته در قضایای تکینگی را نقض می‌کنند ، هدایت شد – این چیزی است که جهان را قادر می‌سازد در آن زمان شتاب بگیرد.
از این رو قضایای تکینگی در زمان تسلط بر زمینه‌های مقیاس‌پذیر در جهان اولیه صدق نمی‌کند – اساس آنها لغو می‌شود. دوم اینکه در شرایط بسیار آشفته که قبل از تورم انتظار داریم، آنچه اتفاق می‌افتد احتمالاً به ماهیت گرانش کوانتومی بستگی دارد، که ما نظریه خوبی برای آن نداریم. بنابراین ما نمی‌دانیم که جهان از لحاظ فیزیکی آغاز داشته است یا خیر. برخی گرانش‌های کوانتومی حلقه و نظریه‌های “اکپیروتیک” (یک مدل برای آغاز جهان.مترجم) نشان می‌دهند که هیچ تکینگی فضایی – در آغاز جهان- در آن زمان وجود نداشت. برخی از نظریه‌ها حاکی از آن است که قلمرو در حال انبساط جهان در حال حاضر ناشی از فروپاشی قبلی به حالت سیاهچاله و انبساط مجدد بعدی است. عدم قطعیت حاکم است.
•در زیربنای این افق فیزیک قرار دارد. اگر بتوانیم فیزیک مربوطه را در آزمایشگاه‌ها یا برخورد ذرات آزمایش کنیم، می‌توانیم این مسئله را حل کنیم. اما ما نمی‌توانیم زیرا محدودیت‌هایی برای انرژی‌هایی که می توانیم در چنین آزمایش هایی به آنها برسیم وجود دارد. انرژی‌هایی که ما می توانیم به دست آوریم حتی برای آزمایش فیزیک تورم نیز چندان بالا نیست چه برسد به دوران پیشین. بالاترین انرژی برخورد در برخورد دهنده‌ها در حال حاضر
14 TeV = 14 x 10 12 eV
(در LHC) است. اگر بتوانیم 1000 برابر بالاتر برویم، هنوز نمی‌توانیم مقیاس‌های انرژی پیش‌بینی شده توسط ساده‌ترین مدل‌های تورم را آزمایش کنیم چه برسد به اینکه گرانش کوانتومی مقیاس‌های انرژی را آزمایش کنیم. بنابراین فیزیک مربوطه قابل آزمایش نیست.
•قبل از شروع. ما نمی توانیم در مورد آنچه قبل از شروع جهان وجود داشته(اگر آغازی داشته باشد) ساکت باشیم. نکته این است که اگر سرآغازی برای جهان وجود داشته باشد، این شروع نه تنها از نظر مکان و زمان بلکه از خود فیزیک است، زیرا همه قوانین فیزیک به عنوان قوانینی تدوین شده‌اند که در فضا-زمان اعمال می‌شوند. مفهوم “قبل از شروع” حتی معنی هم ندارد، زیرا “قبل” در آن زمان وجود نداشت – در واقع حتی “آن زمان” در آن زمان وجود نداشت! بخشی از تلاش‌ها برای ایجاد نظریه‌های فیزیکی برای ایجاد جهان هستی حدس و گمان محض است: ایده قوانین فیزیک که در آن زمان وجود دارد و قادر به ایجاد جهان است ایده‌ای منسجم نیست. چنین نظریه هایی همیشه بر نوعی یا فرض دیگری از فیزیک معمولی که قبلاً وجود داشته است، تکیه می‌کنند، به جز ایده‌ی مبتکرانه “بدون مرز” استیون هاوکینگ، جایی که جهان در ابتدا دارای 4 بعد فضایی (و در نتیجه زمان نبود) بود ، که به سه بعد فضایی و یک بعد زمانی تغییر کرد و گسترش یافت.
با این حال این بستگی به یک نظریه گرانش کوانتومی خاص (معادله ویلر-دویت) دارد که بد فرموله شده و آزمایش نشده است و ما هیچ روش قطعی برای آزمایش درست یا نادرست بودن آن نداریم. ما با این فرض که “علم” به نظریه‌های قابل آزمایش مربوط می‌شود، به مرزهای علم رسیده‌ایم.
•منشا پیکان زمان چیست؟ با توجه به اینکه معادلات اساسی فیزیک مربوط به زندگی روزمره متقارن زمانی هستند، پیکان زمان حاکم بر زندگی روزمره چیست؟ معمولاً پذیرفته می‌شود که این به دلیل شرایط اولیه ویژه در آغاز جهان است: در یک حالت یکنواخت بسیار ویژه شروع شده است، که به طور پیشینی (یا آپریوری که در معرفت‌شناسی به آنچه بدون تجربه بدیهی می‌نماید.مترجم)
بسیار غیر محتمل است. سپس این پرسش را مطرح می‌کند که چرا باید چنین شرایط اولیه خاصی وجود داشته باشد.
بسیاری تصور می کنند که تورم با صاف کردن جهان(طبق مدل تورمی جهان اولیه توسط تورم مثل اتو شدن پارچه صاف شده است.مترجم) تا پایان تورم این مسئله را حل می‌کند اما پنروز بسیار متقاعد کننده استدلال می‌کند که وقتی فرد آنتروپی گرانشی را در نظر می‌گیرد دیگر چنین نیست. تورم برای شروع ، صافی قابل ملاحظه‌ای را در نظر می‌گیرد، زیرا این امر زیربنای مفروضات ترمودینامیکی ساخته شده در آن نظریه است. این انگیزه پنروز برای کیهان‌شناسی چرخه‌ای سازگار است، که همانطور که در بالا ذکر شد مشکلات خاص خود را دارد. تا زمانی که نظریه قانع کننده‌ای در مورد منشاء جهان نداشته باشیم، به نظر می‌رسد که ما فقط باید یک هندسه شروع ویژه را به عنوان یک شرط احتمالی در نظر بگیریم.
به طور کلی
درمان کیهان‌شناسی به عنوان یک علم، بر اساس فیزیک آزمایش شده از یک سو و شواهد محکم برای هندسه و دینامیک آن از سوی دیگر. ما یک مدل اساساً جامد داریم اما با عدم قطعیت قابل ملاحظه در بزرگترین مقیاس، در کوچکترین زمان و در آن مبانی .
مسئله فلسفی این است که ما تا چه حد نیاز داریم که مدل‌هایمان قابل آزمایش باشند. وجود افق‌های بصری و افق فیزیک محدودیت‌های شدیدی را در مورد میزان امکان‌پذیر بودن این امر تعیین می‌کند. بنابراین مدل‌های ما به طور ضعیفی تعیین شده‌اند، برای مثال مدل‌های تورمی متعددی پیشنهاد شده و هیچکدام بعنوان مدلی برجسته پذیرفته نشده‌اند و این امر در مورد انرژی تاریک نیز صادق است. ما نتیجه منحصر به فردی نداریم.
3. کاسمولوژیا (cosmologia)
سرانجام با توجه به تمام این شواهد در مورد ماهیت کیهان‌شناسی فیزیکی ، همه‌ی اینها در مورد ماهیت وسیع‌تر کیهان‌شناسی چه می‌گوید: ارتباط آن با معنا و هدف و زندگی؟
3.1 مسائل اخترزیست‌شناسی (Astrobiology)
یک سوال مهم این است که آیا در جاهای دیگر جهان هستی حیات وجود دارد؟ اگر چنین است آیا بر اساس کربن، مانند حیات بر روی زمین می‌باشد؟ چگونه خواهد بود؟ آیا به وضعیت تمدن تکنولوژیکی تبدیل شده است؟
این موضوع قرن‌هاست که مورد گمانه زنی‌های زیادی قرار گرفته و در معادله دریک رسمی شده است که احتمال چنین حیاتی را به عوامل مختلفی تقسیم می‌کند. مشکل این است که ما نمی‌دانیم برخی از این احتمالات چیست. به طور خاص ما نمی‌دانیم که چگونه حیات بر روی زمین بوجود آمده است، به عنوان مثال آیا متابولیسم یا اطلاعات ژنتیکی در وهله اول بوده است یا اینکه آنها به طور موازی توسعه یافته‌اند. پاسخ صادقانه این است که ما احتمالات را نمی‌دانیم. با این حال با توجه به تعداد زیاد ستارگان و از این رو سیارات در کهکشان ما ، فرض وجود حیات و حتی حیات هوشمند در کهکشان ما و جهان فراتر از آن غیر عادی نیست.
اگر وجود حیات غیر عادی نیست ، در صورت برخورد با آن ، پیامدهای فلسفی زیادی در رابطه ما با جهان و نیز تعاملات ما با چنین حیاتی وجود دارد. این تأیید می‌کند که ما به هیچ وجه در جهان خاص نیستیم ، همانطور که از اندازه وسیع آن کاملاً مشخص بود. با این حال فاصله‌ها بسیار زیاد است و سرعت نور در سفر به فضا آنقدر قابل توجه است که اگر حیاتی واقعاً در آنجا باشد ما هرگز نمی‌توانیم با آن تعامل داشته باشیم ، مگر با دریافت یا مبادله سیگنال.
آنچه احتمال دارد این است که اگر چنین حیاتی وجود داشته باشد بر اساس شیمی آلی (مبتنی بر کربن) خواهد بود و به دلیل ضروریات بیولوژیکی ، ویژگی‌هایی شبیه به حیات روی زمین خواهد داشت-شبکه های متابولیک ، شبکه‌های تنظیم کننده ژن ، هموستاز ، سیستم های حسی ، مغزهای مبتنی بر شبکه های عصبی و غیره . اینها به طور معقول از طریق فرآیندهای چند سطحی انتخاب طبیعی از طبیعت EVO-DEVO (مخفف Evolutionary developmental biology، به معنای زیست‌شناسی تکاملی تکاملی یا زیست‌شناسی توسعه تکاملی-مترجم) توسعه یافته‌اند و ترجیحاً موجوداتی را انتخاب می‌کنند که سیستم‌های توسعه آنها ساختارهای فیزیولوژیکی سلسله مراتبی مدولار(پیمانه‌ای) تولید می‌کنند که مزیت انتخابی نسبت به سایر موجودات را فراهم می‌کند، به ویژه هنگامی که تکامل هم‌زمان ژن-فرهنگ در نظر گرفته شود. [3]
3.2 ماهیت خاص از جهان زمینه‌ساز وجود ما ( مسئله انسان‌محوری)
جهان طبیعت بسیار ویژه‌ای دارد که اجازه‌ی پیدایش حیات را می‌دهد. نیازی به این نبوده است. انبساط جهان، کهکشان ها و ستارگان نسل اول ساخته شده از هیدروژن و هلیوم را ایجاد کرد. نوکلئوسنتز ستاره‌ای در این ستارگان عناصر سنگین‌تری را برای وجود سیارات و حیات ایجاد کرد و به سیارات اطراف ستاره‌های نسل دوم اجازه داد تا محیط‌های مطلوبی را فراهم کنند که در آن حیات می‌تواند تکامل یابد. این یک فرایند نزولی از حالت انبساط جهان به عناصر و ساختارهای حاصل شده است: شکل‌گیری ساختار بستگی به شرایط کیهانی دارد. اگر فیزیک یا کیهان‌شناسی به طور قابل توجهی متفاوت بودند، شاید این اتفاق نمی‌افتاد. همانطور که می‌دانیم هیچ یک از فرایندهای تکاملی که منجر به حیات می‌شوند، در شرایط متفاوت ممکن بود رخ دهد. جهان ما از این نظر جهان تنظیم دقیق شده (fine-tuned می‌باشد. [4] همانطور که استیون هاوکینگ اظهار داشت:
”قوانین علم همانطور که در حال حاضر می شناسیم شامل اعداد اساسی بسیاری است ، مانند اندازه بار الکتریکی الکترون و نسبت جرم پروتون و الکترون. … واقعیت قابل توجه این است که به نظر می رسد مقادیر این اعداد بسیار دقیق تنظیم شده اند تا توسعه زندگی را ممکن سازند .”
مارتین ریس نمونه‌هایی از ثابت‌های دقیق تنظیم شده را در کتاب خود فقط شش عدد( این کتاب به فارسی ترجمه شده، مشخصات: شش عدد نیروهای بنیادی که جهان را شکل می‌دهند|نوشته مارتین ریس| ترجمه:سعید تهرانی‌نسب|نشر: نی -مترجم) ارائه می‌دهد، از جمله نمونه معروف ثابت کیهانی Lambda Λ ، که توسط استیون واینبرگ مورد بحث قرار گرفته است: ثابت‌های بیش از حد بزرگ کیهانی یا ساختارهای بسیار کوچک که می‌توانست از تشکیل ساختار جلوگیری کند (کهکشانها، ستارگان، سیارات) اگر ایجاد می‌شد از وجود حیات جلوگیری می‌کرد.
سوال اصلی این است که چرا باید چنین باشد، چرا جهان برای حیات تنظیم دقیق شده است؟ یک پاسخ متداول این است که ما در یک چندجهانی زندگی می‌کنیم: بسیاری از مناطق جهان خارج از افق بصری ما وجود دارد، شاید تعداد نامتناهی از آنها، با خواص فیزیکی متنوع. و اگر تعداد آنها به اندازه کافی باشد شرایط پیدایش حیات در برخی از آنها به طور تصادفی برآورده می‌شود. به عبارت دیگر پیشنهاد چندجهانی با این ادعا صورت می‌گیرد که وجود چنین مناطق مناسبی به هر حال محتمل است. علاوه بر این ادعا می‌شود وجود چنین مناطقی نتیجه اجتناب ناپذیر برخی از اشکال خاص جهان‌های تورمی خودتکثیر است.
این پیشنهاد از نظر آزمون‌پذیری که در بالا ذکر شد هم از نظر هندسه فضا-زمان و هم از نظر فیزیکی که اساس وجود چنین حوزه هایی را مشخص می‌کند، دچار مشکل می‌شود. این یک فرضیه قابل آزمایش علمی به معنای معمول نیست. شایان ذکر است که تنها برخی از انواع متعدد تورم منجر به فراوانی این‌چنینی موجود می‌شود. همچنین این مشکل وجود دارد که چه مکانیزمی می‌تواند در هر حوزه‌ی مفروض منجر به تحقق فیزیکی متفاوت از جهان شود.
اما مسئله واقعی این است که این پیشنهاد مشکل انسان‌محوری را حل نمی‌کند، فقط آن را یک مرحله به بالا منتقل می‌کند. اگر چندجهانی وجود دارد، چرا باید چنین ماهیتی داشته باشد که جهان‌های دوست‌دار حیات را در بر بگیرد؟ هرچه نظریه فیزیکی وجود حوزه‌های متعدد را در یک چندجهانی تعیین کند، مجموعه‌ای از پارامترها را شامل می‌شود که در برخی موارد اجازه می‌دهد که جهان‌های دوست‌دار حیات در چندجهانی وجود داشته باشند و در موارد دیگر چنین نخواهد بود. بنابراین چگونه می‌توانید ماهیت انسان‌محور نظریه چندجهانی و فیزیک آن را توجیه کنید؟ مشکل حل نشده باقی می‌ماند.
3.3 مسائل متافیزیکی
زیربنای این مسائل متافیزیکی عمیق و مرتبط با یکدیگر هستند
چرا جهان هستی وجود دارد؟اساس وجود آن چیست؟چرا طبیعت آن را دارد؟
نکته اساسی این است که اینها مسائل علمی نیستند. هنگامی که جهان بوجود آمد قوانین خاصی از فیزیک بر پویایی آن حاکم می‌شود، علم آن را به دست می‌گیرد، اما توضیحات علمی پیش از وجود جهان کار نمی‌کند. توضیح متافیزیکی لازم است. در بخش 4 به این مسأله از طریق غیر مستقیم: یعنی ماهیت فضاهای احتمالی، می‌پردازم.
4. ماهیت کیهان
4.1 فضاهای امکان‌پذیر
من ادعا می‌کنم که ساختار عمیق جهان فضاهای بی‌انتها و ابدی است با طبیعت افلاطونی . آنچه در جهان فیزیکی امکان‌پذیر است و آن چه که نیست ماهیت متفاوتی دارند. فضاهای احتمالی حقایقی را توصیف می‌کنند مثل این که انگار حرکت سریع‌تر از نور امکان‌پذیر نیست، در این لحظه‌ی دقیق ما نمی‌توانیم ببینیم که در کهکشان آندرومدا چه می‌گذرد، و زنده ماندن موجود زنده بدون غذا امکان‌پذیر نیست.
فضاهای امکان‌پذیر فیزیک
اینها راهی است برای بیان مجدد ماهیت قوانین فیزیک از نظر فضایی طبق نتایج فیزیکی ممکن و احتمالاتی را که فیزیک به آنها اجازه می دهد تبیین می‌کنند. برای هر ترکیب احتمالی از پارامترهای سیستم، یک نقطه در یک فضای ممکن چند بعدی گنجانده شده است. آنها به ثابت‌های فیزیکی اساسی بستگی دارند و امکان‌های مهندسی و بیولوژیکی را تعیین می‌کنند.
در فیزیک کلاسیک، آنها شامل فضاهای فاز(فضایی شامل تمام حالت‌های ممکن برای یک سیستم-مترجم) برای موقعیت و حرکت هستند، متغیرهایی که حرکت‌های احتمالی یک پاندول یا سفینه فضایی یا سیاره را مشخص می‌کنند. به عنوان مثال آنها تعیین می‌کنند که آیا یک سفینه فضایی دارای انرژی کافی برای خروج از منظومه شمسی پس از اتمام سوخت می‌باشد. در فیزیک کوانتومی، آنها فضاهای هیلبرت برای توابع موج هستند که به عنوان مثال حالت‌های احتمالی انرژی سیستم را نشان می‌دهد.
فضاهای امکان‌پذیر زیست‌شناختی
اینها امکان‌ها را در زیست‌شناسی بیان می‌کند. آنها شامل کلاس‌هایی از راه حل‌های زیست‌شناسی محاسباتی در مقیاس کلان و همچنین فضاهای امکان‌پذیر میکروبیولوژی هستند که توسط آندریاس واگنر در کتاب قابل توجه خود به نام ورود مناسب‌ترین‌ها ( Arrival of the Fittest) مشخص شده است .
فضاهایی با ابعاد عظیمی برای پروتئین‌ها وجود دارد که هم نوع پروتئین‌ها را نشان می‌دهد و هم نحوه جمع شدن آنها را مسخش می‌کنند [5] و هم نقشه‌های ژنوتیپ-فنوتیپ برای متابولیسم و تنظیم ژن که توسط واگنر توضیح داده شده است. این مسائل به فیزیک بنیادی و ثابت‌های طبیعت بستگی دارد. آنها ویژگی‌های برجسته اصلی را نشان می‌دهند که عملکرد زیست‌شناختی را در سطح مولکولی فعال می‌کند اما در دو مورد اخیر را نمی‌توان از فیزیک استنباط کرد.
از همه مهم‌تر و قابل توجه‌تر، فضاهای امکان‌پذیر زیست‌شناختی شامل امکان آگاهی عاملیت و ظرفیت نمادین است که به جامعه و تکنولوژی اجازه می‌دهد تا شکوفا شوند. بدون همه آنها، پدیده‌هایی مانند کامپیوترهایی که تکنولوژی مدرن را شکل می‌دهند وجود نخواهد داشت زیرا آنها آگاهانه برای دستیابی به اهداف انتخاب، طراحی و تولید شده‌اند. درست مانند فضاهای امکان‌پذیر فیزیک، فضاهای امکان‌پذیر زیست‌شناختی در همه جای جهان در همه زمان‌ها یکسان هستند. امکانات زیست‌شناختی یکسانی در هر سیاره‌ای هست که ممکن است در هر مکانی وجود داشته باشد. این که کدام یک از امکان‌پذیری‌ها تحقق یابند بستگی به شرایط و تاریخ مکان دارد.
ریاضیات
کاوش در خواص ریاضی مانند ماهیت جامدات افلاطونی، ارزش عدد π، توزیع اعداد اول، ماهیت گروه‌های گسسته و پیوسته و وجود مجموعه‌های مندل بروت [6] 1] را می‌توان به عنوان کاوش در فضای افلاطونی از امکانات ریاضی درنظر گرفت. تمام اینها حقایق جاودانه ابدی هستند که همه ریاضی‌دانان ذی‌صلاح در هر کجای جهان با آن موافقت خواهند کرد. ما ماهیت آنها را با اکتشاف منطقی امکان‌پذیری‌های ریاضی که توسط ماهیت شبکه عصبی تعاملی مغز ما فعال شده است تعیین می‌کنیم، همانطور که در کتاب قابل توجه دیگری شرح داده شده است: دوربین افلاطون: چگونه مغز فیزیکی چشم‌اندازی از جهان انتزاعی را به تصویر می‌کشد، اثر پاول چرچلند.
یک نکته کلیدی این است که فضای امکان ریاضی انتزاعی ΩM به خودی خود با بازنمایی ΩMS از آن فضای ممکن در هر جامعه خاص S در هر زمان خاص متفاوت است.
در حالی که ΩMS (در نماد خاصی نشان داده می‌شود) بستگی به زمان و مکان و فرهنگ دارد ، ΩM بستگی ندارد.
اندیشه‌ها
همچنین یک فضای انتزاعی از همه افکار ممکن وجود دارد که زیربنای همه افکاری است که درواقع موجودات هوشمند دارند. شما نمی‌توانید فکری کنید مگر اینکه امکان داشته باشید آن فکر را داشته باشید!
اندیشه‌ها را می‌توان به طرق مختلف نشان داد، این همان چیزی است که زبان‌ها برای آن وجود دارند. فضای همه افکار ممکن، یک فضای بزرگ اما دارای ابعاد محدودی است زیرا جملات معنی‌دار دارای طول محدودی هستند. در اصل با انتخاب یک زبان خاص برای این منظور، یک کامپیوتر می‌تواند لیستی از جملات معنی دار احتمالی را که قابل درک هستند چاپ کند زیرا آنها به محدودیت‌های زیست‌شناختی حافظه کوتاه مدت توجه دارند. این واقعیت نشان می‌دهد که چنین فضایی وجود دارد. [7]
این شامل ارجاعاتی به احتمالات فعلاً ناشناخته فیزیکی، بیولوژیکی و مهندسی است که با سایر فضاهای ممکن مشخص می‌شود: این واقعیت را تعیین می‌کند که در آینده امکان ارجاع به آنها وجود دارد. این فضا پایه و اساس ظرفیت‌های ذهنی ماست، به طوری که برخی از این امکان‌ها-در هر مغز- از طریق عملکرد مغز ما در طول زندگی محقق می‌شود.
4.2 داده‌های مربوطه
سوال کلیدی روش‌شناختی برای پروژه وسیع کیهان‌شناسی این است که چه نوع داده‌هایی به کاسمولوژیا مرتبط هستند؟ آیا باید فقط داده های کیهان‌شناسی خلاصه شده در بخش‌های قبلی ، همراه با داده‌های فیزیکی آزمایشات و برخورددهنده‌ها را در نظر بگیریم؟ زندگی روزمره چطور؟ آیا این داده‌ها مرتبط با کاسمولوژیا است؟ آیا طبیعت فضاهای امکان‌پذیر زیست‌شناختی نیز باید در نظر گرفته شود؟ فضاهای افلاطونی ذهنی چطور؟ کدام‌یک برای درک جهان مناسب هستند؟
موضع من این است که پدیده‌های نوظهور زیست‌شناختی و ذهنی پدیداری (epiphenomenal) یعنی فرایندی است که تاثیری بر خود فرآیند ندارد. این اصطلاح اغلب برای اشاره به رویدادهای ذهنی که به عنوان فرآیندهای مغز هستند استفاده می‌شود. بنابراین، اگرچه رویدادهای ذهنی از جهتی واقعی هستند ، اما نه به همان صورتی که حالات و رویدادهای زیست‌شناختی و برای توضیح خود رویدادهای ذهنی ضروری نیستند. مبحثی در مباحث فلسفی پدیدارشناسی-مترجم) نیستند: آنها جنبه‌های کلیدی غیر قابل تقلیل واقعیت هستند که اولا توسط فضاهای احتمالی که پشت آنها قرار دارد، و ثانیاً توسط فرایندهای تکاملی آنها در جهان فیزیکی تحقق می‌یابد. وجود این فضاهای احتمالی به اندازه داده‌های فیزیکی، مربوط به ماهیت کیهان است. آنها جنبه‌های کلیدی نحوه کار هستند. داده‌های مربوط به زندگی روزمره و احتمالات مربوط به آن اطلاعات مرتبط با جهان است. بنابراین به نظر من، ما باید داده‌ها را نه تنها در مورد فیزیک و جهان فیزیکی بلکه داده‌های مربوط به زندگی، از جمله جهان ذهنی و اجتماعی خود نیز در نظر بگیریم. نحوه تفسیر ما به خود ما بستگی دارد.
اگر این دیدگاه را در نظر بگیریم، واقعاً مسئله عمیق در کیهان‌شناسی این است: چرا این فضاهای احتمالی وجود دارند و ماهیت خود را دارند؟ موارد مرتبط با نتایج فیزیکی تحت کیهان‌شناسی فیزیکی و ماهیت موجودات فیزیکی نوظهور از جمله زندگی زیست‌شناختی. ظهور زیست‌شناختی مجوز وجود آگاهی و خواص روانی را می‌دهد. ماهیت پیامدهای ذهنی به فضاهای احتمالی منطق و افکار بستگی دارد. همه اینها تصویر بزرگی از کیهان را تشکیل می‌دهد، که خانواده فضاهای محتمل را ممکن می‌سازد. بنابراین اساس وجود آنها چیست؟
4.3 معنا و هدف
با توجه به این مبنا در نهایت می‌توانیم به این موضوع بپردازیم: آیا در جهان معنا وجود دارد؟ فیزیک‌دانانی که فقط فیزیک و داده‌های کیهان‌شناسی را در نظر می‌گیرند، اعلام می‌کنند که هیچ معنایی در جهان وجود ندارد، همانطور که استیون واینبرگ متأخر می‌گفت . اما این یک نظر انتخابی است که از دامنه‌ی داده‌هایی که آنها برای در نظر گرفتن برمی‌گزینند ناشی می‌شود و منجر به تناقض این اندیشه می‌شود که اظهارنظرها در مورد بی‌معنا بودن جهان، معنادار است.
این یک واقعیت مشاهداتی ساده است که جهان مملو از هدف است: زیست‌شناختی [8]، اقتصادی، سیاسی، اجتماعی [9]، علمی. در صورت تمایل می‌توانید این را در تدوین جهان بینی خود در نظر نگیرید. اما اگر آن را در نظر بگیرید ، مسائل مهمی را مطرح می‌نماید: چرا و چگونه این همه هدف وجود در سطح عمیقی وجود دارد؟ زیرا فضاهای ممکن فیزیکی، زیست‌شناختی و ذهنی مجوز وجود آن را می‌دهند. و نکته اینجاست: امکاناتی که تحقق می‌یابند شامل چشم‌اندازهایی از هنر عظیم و دستاوردهای علمی، فقر و ثروت، شفقت و خودخواهی و بیش از همه مفاهیم عشق و نفرت و خوب و بد است. فضایل و رذایل اخلاقی بخشی از فضای امکان‌پذیر ذهنی هستند که می‌توانند در اینجا یا در هر سیاره‌ی دیگری در جهان درک شوند. می‌توان به آنها فکر کرد زیرا در محدوده امکان‌پذیری ذهنی قرار گرفته‌اند و از آغاز آنجا بوده‌اند.
4.4 چهار نمای احتمالی
بنابراین تمام اینها، جهان فیزیکی شامل سیاره‌هایی که حیات هوشمند در آنها زندگی می‌کند و همچنین فضاهای احتمالی زیر بنایی، چگونه به این شکل در می‌آیند؟ چهار احتمال وجود دارد.
1. هیچ توضیحی یا احتمالی وجود ندارد، فقط اتفاقات به همان صورتی است که هستند.
این از نظر منطقی و فلسفی 100٪ محکم است.با این حال، آنقدر آن را نامطلوب می‌دانند که تقریباً هیچ کسی آن را نمی‌پذیرد. این هیچ دید واحدی از کیهان ارائه نمی‌دهد.
2. همه چیز اجتناب ناپذیر است: آنها نمی‌توانستند راه دیگری داشته باشند .
این پروژه فیزیک بنیادی است که در عبارت “رویاهای یک نظریه نهایی ” گنجانده شده است .اما در تحویل آن(نظریه) ناموفق بوده است. پایدارترین تلاش فیزیک‌دانان برای اثبات صحت این امر منجر به چشم‌انداز نظریه ریسمان شد که در مبانی، حداقل 10 500 امکان برای فیزیک وجود دارد، که اکثر آنها شامل فیزیکی نیست که ما در آزمایشگاه‌های زمین به محک آزمون می‌گذاریم آزمایش می‌کنیم. تلاش برای نشان دادن منحصر به فرد بودن فیزیک یک برنامه‌ی پژوهشی شکست خورده است.
3. همه چیز محتمل است، به دلیل شرایطی مانند اینکه ما در یک چندجهانی زندگی می‌کنیم.
همانطور که در بالا اشاره شد، پیشنهاد چندجهانی فقط مسئله اساسی را به تعویق می‌اندازد: پس چرا چندجهانی چنین ماهیتی دارد که حیات را در هریک از جهان‌های خود می‌پذیرد؟ چرا چندجهانی چنین طبیعتی دارد؟ این نظریه احتمالی یا بر اساس لایه‌ای عمیق‌تر بنا شده است که نیاز به توضیح بیشتری دارد یا تصادفی محض است، وضعیتی بی دلیل و بی‌معنا که در نظر 1 در بالا آمده است.
4. قرار است همه چیز به این شکل باشد. به یک معنا، معنا و اهداف زمینه‌ساز جهان هستند.
این را نه می‌توان اثبات کرد و نه می‌توان رد کرد، همانطور که مدت‌ها پیش دیوید هیوم به آن اشاره کرده بود. اما این احتمال نیز مانند سایر احتمالات منسجم است، به ویژه اگر فضاهای امکان‌پذیر ذهنی مربوط به هدف و معنا را در نظر بگیریم. انسان‌ها هزاران سال است که هدف و معنا و اخلاق را در نظر گرفته‌اند و وجود آنها داده‌هایی از چگونگی امور است. وجود این فضاهای ممکن، بخشی از ساختار عمیق کیهان است، به روشی که در بالا پیشنهاد کرده‌ام. در این تعریف، معنا در پایه‌های وجود بنا شده است.
شما موظف نیستید آنها را در شکل‌گیری یک نظریه کیهان‌شناختی در نظر بگیرید. اگر چنین کنید ، دیدگاه کلی متفاوت است، اگر این کار را نکنید، این بر دیدگاه شما نسبت به ماهیت کیهان تأثیر می‌گذارد.
منابع:
1- https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote1
2-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote2
3-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote3
4-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote4
5-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote5
6-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote6
7-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote7
8-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote5
9-https://iai.tv/articles/the-philosophical-problems-of-cosmology-auid-1883#Footnote6
خیلی خیلی ممنون . پاینده باشید
👏👏