Onko maailmankaikkeus tarkasti hienoviritetty sopivaksi tähdille ja elämälle?

Mitä kosminen hienoviritys tarkoittaa ja mitä metafyysisiä johtopäätöksiä on tehty sen perusteella?

Kosmologinen hienoviritys liittyy kosmologi Brandon Carterin vuonna 1974 esittämään - mutta jo aikaisemmin olemassa olleeseen - antrooppiseen periaatteeseen sen kaikkein vahvimmassa muodossa. Toisin sanoen maailmankaikkeus olisi hienosäädetty elämälle, etenkin ihmiselämälle suotuisaksi. On oletettu, että tiettyjen kosmisten vakioiden ja avainlukujen on oltava hyvin tarkasti säädettyjä erittäin pienellä vaihteluvälillä, jotta elämää voisi esiintyä universumissa (tai että tähtiä voisi syntyä, mikä on edellytys elämän kehittymiselle). Teistiset eli jumalauskoiset ajattelijat ovat pitäneet antrooppista periaatetta eräänä voimallisimmista argumenteistaan älykkään luojajumalan olemassaolon ja luonnon teleologisuuden (kr. telos = päämäärä, tarkoitus) puolesta (eli jyrkimmillään maailmankaikkeus on tehty ihmistä varten. Mutta täysin perustellusti voidaan väittää, että maailmankaikkeus on hienoviritetty esim. mustien aukkojen olemassaolon mahdollistamiseksi). Jos on hienoviritystä niin on myös suuri, kaikkitietävä ja kaikkivoipa Kosminen Virittäjä, teistinen päättely kulkee klassisissa jumalatodistuksissa.

Nykytiedon mukaan on jopa monia kymmeniä avainlukuja, jotka vaikuttavat siihen, millainen maailmankaikkeus on luonteeltaan ja onko siinä tähtiä sekä elämää. On myös vaikeaa kaikissa tapauksissa tietää, mikä todella on hienoviritystä vaiko vain fysiikan rajoittuneisuutta tällä hetkellä, sillä erilaisten avainlukujen ja niiden keskinäisten suhteiden on oltava tietynlaisia (kuten värivoiman ja sähkömagneettisen voiman välinen suhde).

Taistelua maailmankaikkeuden tarkoituksen, suunnitelmallisuuden ja hienovirittämisen ympärillä

Teistiset ajattelijat (etenkin evidentialistit, jotka katsovat todisteiden olevan ratkaisevassa asemassa jumalakysymyksessä. Todisteiden tärkeyden painotuksessaan he eivät poikkea ateisteista) ovat nähneet tässä heikosti kartoitetussa hienovirityksen ongelmassa Luojan käden jäljen ja jumalallisen tarkoituksen. Tai älykkään suunnittelijan ID-liikkeen versiossa luojajumalasta. Osa ateisteista puolestaan vetoaa multiversumioletukseen ja antrooppiseen periaatteeseen, jotta - oletetusta - tarpeesta kosmiselle Virittäjälle ja universumin tarkoituksesta päästäisiin eroon.

Adamsin tutkimuksen lähtökohta: maailmankaikkeuden avainluvut, voivatko ne olla erilaisia?

Mutta Fred C. Adamsin uraauurtavan tutkimuksen valossa koko kiista voi olla turhanpäiväinen ja virheellisiin uskomuksiin perustuva kaikkien osapuolien leireissä: mitään "hienoviritystä" ei nähtävästi edes ole. Muissa maailmankaikkeuksissa voi näin ollen varsin todennäköisesti esiintyä tähtiä - ja myös elämää. Adams kysyy voisiko muissa universumeissa olla tähtiä, jos luonnonvakioiden arvot olisivat paljon erilaisia kuin mitä ne nyt ovat. Hänen tutkimuksiensa tulos on hämmästyttävä - hyvin todennäköisesti tähtiä voisi syntyä. Tähdet ovat tarpeen elämän kehittymiselle, sillä raskaammat alkuaineet syntyvät tähtien ydinmiiluissa ja leviävät supernovaräjähdyksissä maailmankaikkeuteen elämän rakennusaineiksi. Olemme kaikki muinoin kuolleiden tähtien pölyä.

Nykyisten kosmologisten teorioiden mukaan muiden maailmankaikkeuksien olemassaolo on mahdollista - ja rinnakkaisuniversumeita voi olla runsaasti! Tämän lisäksi luonnonlait voivat vaihdella jättimäisen multiversumin eri maailmankaikkeuksissa (Tähdet ja avaruus 6/2008 s. 35). Tästä lähtötilanteesta nousee kysymys millaisia ne toiset universumit voisivat olla?

Tärkeimmät luonnonvakiot tähtien syntymisen kannalta

Adams tarttui todellakin suureen haasteeseen, koska maailmankaikkeuden luonteelle ratkaisevia luonnonvakioita on kymmenittäin. Mutta niistä vain kolme on avainasemassa tähtien syntymisen ja koossapysymisen kannalta:

• gravitaatiovakio G
• aineen hienorakennevakio α
• ydinreaktioiden nopeuden yhdistelmävakio C.

Näistä kolmesta gravitaatio- eli painovoimavakio määrittää massojen keskinäisen vetovoiman suuruutta. Hienorakennevakio α liittyy sähkömagneettisen vuorovaikutuksen voimakkuuteen (positiivisen ja negatiivisen sähkövarauksen vetovoima).

Tähtien koossapysyminen ja olemassaolo on sidoksissa näiden kolmen luonnonvakion yhteistoimintaan, sillä gravitaatiovakio pitää tähden ainetta koossa ja hienorakennevakion määrittämä sähköinen voima loitontaa toisistaan positiivisia atomien ytimiä. Tähden tehokkuus energian tuotannossa määräytyy ydinreaktioiden nopeudesta, joka on oltava sopivan vaihteluvälin sisällä: liian voimakas teho tuhoaa tähden räjähdyksessä, liian pieni teho estää täysin fuusioitumisen.

Tähtiä syntyi jopa neljäsosassa kaikista simuloimalla tutkituista maailmankaikkeuksista

Adams toteutti tutkimuksensa siten, että hän simuloi tietokoneella tähtien syntymistä erilaisilla arvoilla suurelta vaihteluväliltä. Tämän vaiheen jälkeen  Adams teki simulaation, jossa hän ajoi erilaisia yhdistelmiä noiden kolmen luonnonvakion arvojen yhdistelmistä. Tulos sai Adamsinkin hämmästymään, sillä

"Peräti neljäsosassa tutkituista maailmankaikkeuksista tähtien olemassaolo osoittautui mahdolliseksi!" - Tähdet ja avaruus 6/2008 s. 36.

Mitä tutkimustulos merkitsee maailmankaikkeuden "hienovirityksen" kannalta? "Aukkojen jumalan" perääntymismarssi

Näiden Adamsin tutkimustuloksien merkitys kosmiseen hienoviritykseen liittyville spekulaatioille on mullistava. Ne näyttäytyvät tämän jälkeen heikosti harkituilta ja konkreettisiin laskelmiin perustumattomilta uskomuksilta. Mitään rationaalista keskustelua ei enää voida edes ohittamalla Adamsin tutkimukset. Keskustelu maailmankaikkeuden "hienovirityksestä" tulee alkaa Adamsin tuloksista, mutta niihin keskustelu ei pääty. Vieläkin on monia avoimia ongelmia odottamassa ratkaisua ja Adamsin tutkimustulokset nostattavat kokonaisen joukon lisäkysymyksiä, joita tutkijat joutuvat jatkossa selvittämään lisätutkimuksilla.

Tähän asti on vain yleisesti otaksuttu, että luonnonvakioilla on oltava hyvin tarkasti juuri sellaiset kuin ne ovat tässä maailmankaikkeudessa tähtien ja elämän syntymisen mahdollistamiseksi. Mutta kukaan ei ollut tehnyt siitä laskelmia (Tähdet ja avaruus 6/2008 s. 36). Oli olemassa ennestään jokunen harva tutkimus, joissa oli rajoitettu analysoimaan jonkin yksittäisen parametrin (luonnonvakion) arvoja. Niinpä on tiedetty, että mitään sen kummempaa ei tapahdu maailmankaikkeudelle jos gravitaatiovakion arvo muuttuisi alle kaksi prosenttia. On kuitenkin uskottu, että jos gravitaatiovakio muuttuu suuresti, myös maailmankaikkeuden rakenne on dramaattisesti erilainen. Se uskomus on nyt selkeästi kumoutunut, koska gravitaatiovakion arvoa voi suurentaa vaikka satakertaisesti, ja silti tähtiä voi syntyä.

Elämää voisi kehittyä vaikka mustien aukkojen ympärille ja neutronitähtikin kelpaisi energianlähteeksi elämälle

Tähtiä ei tarvitse ajatella liian kapea-alaisesti. Adamsin mukaan myös jopa kaikissa hänen tutkimuksessaan simuloimissa maailmankaikkeuksissa voisi esiintyä tähtiä, jos käsite "tähti" ymmärretään laajemmassa merkityksessä. Valkoinen kääpiö sekä neutronitähti olisivat siinä tapauksessa sopivia energianlähteitä planeetoille ja elämän kehittymiselle. Kaiken lisäksi vieläpä pimeästä aineesta (oikeastaan läpinäkyvää, valoa säteilemätöntä ainetta, joka vuorovaikuttaa heikosti näkyvän tavallisen aineen kanssa) voisi muodostua "tähtiä", jotka kelpaisivat antamaan energiaa paranmetreiltään (luonnonvakioiden arvoiltaan) tietyntyyppisissä maailmankaikkeuksissa. Pimeästä aineesta saa kuitenkin energiaa reaktioissa, joissa energiaa muodostuu ainetta (aine ja energia ovat saman asian kääntöpuolia einsteinilaisen yleisen suhteellisuusteorian mukaisesti). Tarvitaan vain sopivat arvot hienorakennevakiolle ja gravitaatiovakiolle.

Voi kuulostaa yllättävältä, että musta aukko toimisi energian antajana elämälle. Mutta tosiasiassa mustista aukoista vapautuu energiaa Hawkingin säteily-nimisen mekanismin puitteissa (mustat aukot tuhoutuvat hitaasti höyrystymällä kauan sen jälkeen kun maailmankaikkeudesta on tullut elämälle epäsuotuisa ja uusien tähtien sekä planeettojen synty on lakannut nykyisen käsityksen mukaan). Koska tässä meidän universumissa mustat aukot ovat suurikokoisia, ei niistä lähde kuin vähän Hawkingin säteilyä. Mutta voi olla olemassa sellaisia maailmankaikkeuksia, joissa esiintyy pitkäikäisiä ja pieniä sekä runsaasti säteileviä mustia aukkoja. Jos vain hienorakennevakio olisi paljon pienempi kuin tässä universumissa, mustat aukot ovat hyvä energian antaja, joten elämää voisi muodostua tuollaisen maltillisesti säteilevän mustan aukon ympärillä oleville planeetoille. Elämä olisi siinä tapauksessa varsin erilaista kuin mihin me olemme tottuneet maapallolla.

Jatkotutkimuksien aiheita

Työtä on vielä paljon jäljellä niin Adamsilla kuin muilla kosmologeilla monien kysymyksien ratkaisemisessa. Adams itse suunnittelee seuraavaksi sen tutkimiseen simulaatioiden avulla,  minkä näköisiä ne luonnonvakioiltaan toisenlaiset universumit olisivat tarkemmin katsottuna ja millainen kehityskaari niillä voisi olla omasta alkuräjähdyksestään miljardeja vuosia ajassa eteenpäin. Adams haluaa selvittää miten paljon tähtiä ja millä tavalla tähtiä voisi syntyä, kun luonnonvakioiden arvot poikkeavat toisistaan. Uusia maailmankaikkeuksia voi syntyä kun "saariuniversumit" törmäävät toisiinsa, jolloin tapahtui se, mitä alkuräjähdykseksi kutsutaan, kuten joukko fyysikoita olettaa. Alkuräjähdys ei siten olisi ainutkertainen tapaus (ks. tarkemmin Marcus Chown: Päättymättömät päivät kuolleena. Uutisia tieteen eturintamalta, s. 65-66, 2008. URSA). Adams toteaakin, että kysymyksiä on niin paljon, että tuskin hän itse kykenee jokaiseen niistä vastaamaan.

Viitteet:

Tähdet ja avaruus 6/2008 s. 34 - 37 "Toisissakin universumeissa tuikkivat tähdet"
Marcus Chown: Päättymättömät päivät kuolleena. Uutisia tieteen eturintamalta, 2008 (URSA)

Tutkimus onlinessa:

Journal of Cosmology and Astroparticle Physics: Stars in other universes: stellar structure with different fundamental constants (Fred C Adams). Michigan Center for Theoretical Physics, Department of Physics, University of Michigan

Adamsin tutkimuksen kommentointia New Scientist-julkaisussa

Is our universe fine-tuned for life? New Scientist, Michael Brooks (2.8.2008)

Muita kosmologisia tutkimuksia, joissa Fred C. Adams on ollut mukana

Future Evolution of Cosmic Structure in an Accelerating Universe (pdf). Tutkimuksen abstrakti

Ylös