Oι εγκέφαλοι Boltzmann, το πολυσύμπαν και η θεωρία των χορδών. String theory may limit space brain threat

Οι εγκέφαλοι Boltzmann είναι συνειδητές οντότητες που είναι δυνατόν ν’ αναδυθούν αυθόρμητα στο χώρο. No brainer if the multiverse rules (Image: Lynette Cook/SPL).

Είναι γεγονός πως οι φυσικοί κατά καιρούς επεξεργάζονται περίεργες ιδέες, αλλά με την ιδέα των εγκεφάλων Boltzmann θα μπορούσε κάποιος να τους κατηγορήσει πως έχουν «ξεφύγει» τελείως.

Ludwig Boltzmann (1844-1906), austrian phyisicist.

Όταν αναφερόμαστε σε «εγκέφαλο Boltzmann», εννοούμε έναν παρατηρητή που εμφανίζεται στο σύμπαν εξ αιτίας των τυχαίων διακυμάνσεων του χωρόχρονου. Αυτή η ιδέα της συνειδητής οντότητας που αναδύεται αυθόρμητα στο χώρο, φέρει το όνομα του μεγάλου θεωρητικού φυσικού Ludwig Boltzmann.

Φαντάζει αδύνατος ο αυθόρμητος σχηματισμός ενός εγκεφάλου, όμως οι νόμοι της φυσικής δεν το αποκλείουν εντελώς. Το μόνο που χρειάζεται είναι ένα τεράστιο χρονικό διάστημα για να συνδυαστούν με τον κατάλληλο τρόπο τα σωματίδια στην μορφή ενός λειτουργικού μυαλού.

Είναι η ίδια λογική που λέει ότι ένα εκατομμύριο πίθηκοι που πληκτρολογούν τυχαία σε ένα εκατομμύριο γραφομηχανές θα αναπαράγουν τα έργα του Σαίξπηρ, αν τους αφήσουμε να «εργάζονται» για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.

Τα περισσότερα κοσμολογικά μοντέλα προβλέπουν ότι το σύμπαν θα διαστέλλεται εκθετικά για πάντα. Στο άπειρο αυτό χρονικό διάστημα είναι δυνατόν να παραχθεί ένας αδιανόητος αριθμός εγκεφάλων Boltzmann που μάλιστα θα υπερτερεί αριθμητικά των ανθρώπων που έζησαν, ζουν ή θα ζήσουν στο μέλλον.

Αυτό σημαίνει ότι οι παρατηρητές σε ολόκληρη την ιστορία του σύμπαντος, είναι οι εγκέφαλοι Boltzmann και όχι εμείς. Αυτό είναι ένα πρόβλημα, γιατί η αφετηρία για την κατανόηση του σύμπαντος και την συμπεριφορά του είναι ότι οι άνθρωποι είναι οι παρατηρητές. Αν δεν είναι, τότε οι θεωρίες μας αρχίζουν να φαίνονται προβληματικές.

«Πρέπει να είναι πιο πιθανό να είσαι ένας απλός παρατηρητής απ’ ότι ένας εγκέφαλος Boltzmann», ισχυρίζεται η Claire Zukowski από το Πανεπιστήμιο Berkeley στην Καλιφόρνια.

Ένα ιδιαίτερο πρόβλημα είναι ότι οι περισσότεροι εγκέφαλοι Boltzmann θα υπάρξουν στο απώτερο μέλλον, όταν το σύμπαν δεν θα είναι τίποτα περισσότερο από κενό βυθισμένο στο σκοτάδι, με ένα παρελθόν δυσδιάκριτο από το μέλλον. Αυτό όμως ανατρέπει την εικόνα του βέλους του χρόνου που καθορίζεται από τον εμπειρικό δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο [η εντροπία αυξάνει μόνο προς το μέλλον, ποτέ προς το παρελθόν - αυτή η ασυμμετρία ονομάζεται θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου].

Ωστόσο, αν αποδείξουμε ότι το σύμπαν έχει πεπερασμένη διάρκεια ζωής, τότε η ιδέα των εγκεφάλων Boltzmann που απαιτεί άπειρο χρόνο απορρίπτεται.

Η θεωρία των χορδών μπορεί να βοηθήσει προς αυτή την κατεύθυνση, ισχυρίζεται η Zukowski, η οποία μελέτησε το πρόβλημα ως μέρος της διδακτορικής της έρευνας υπό την καθοδήγηση του Raphael Bousso.

Σύμφωνα με τη θεωρία χορδών, μπορεί να υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός από σύμπαντα. Όλα αυτά τα σύμπαντα δημιουργούνται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αιώνιος πληθωρισμός, στην οποία ένα τουλάχιστον σύμπαν διαστέλλεται συνεχώς με απίστευτο ρυθμό, ενώ άλλα δημιουργούνται και να αναπτύσσονται μέσα σε αυτό σαν φυσαλίδες. Αυτό το σύνολο των συμπάντων ονομάζεται πολυσύμπαν. Πολλά από αυτά τα σύμπαντα θα μπορούσαν να είναι ασφυκτικά γεμάτα από εγκεφάλους από πολύ νωρίς στην ιστορία τους, ανατρέποντας την γνωστή μας εικόνα όσον αφορά το βέλος του χρόνου.

Η τελευταία εργασία των Zukowski και Bousso [«Multi-Vacuum Initial Conditions and the Arrow of Time»] αποδεικνύει ότι κάτι τέτοιο δεν θα συμβεί. Στο πολυσύμπαν, συνεχώς «εκκολάπτονται» σύμπαντα μέσα στο μητρικό σύμπαν, έτσι ώστε τα χαρακτηριστικά των γονεϊκών συμπάντων να καθορίζουν την μορφή των «μωρών» συμπάντων που προκύπτουν – και είτε τα σύμπαντα αυτά δεν παραμένουν για αρκετό χρόνο ώστε να γεμίσουν με εγκεφάλους Boltzmann εγκεφάλους ή εξαφανίζονται αμέσως.

Οι Bousso και Zukowski πραγματοποίησαν μια μαθηματική ανάλυση των πολυσυμπάντων χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές αρχικές καταστάσεις: ένα παλαιότερο μοντέλο που προτάθηκε πρώτα από τον Stephen Hawking και τον συνεργάτη του James Hartle, και ένα νεότερο μοντέλο που προέκυψε από τις μαθηματικές θεωρήσεις του πολυσύμπαντος στη θεωρία των χορδών.

Ενώ το μοντέλο Hartle-Hawking μοντέλο οδηγεί σε «κατακλυσμό» εγκεφάλων Boltzmann, στο μοντέλο της θεωρίας των χορδών επικρατούν οι συνηθισμένες συνειδήσεις – όπως η ανθρώπινη. Αυτό κάνει την θεώρηση του σύμπαντός μας απόλυτα φυσιολογική  στα πλαίσια του πολυσύμπαντος.

Η ιδέα της θεωρίας των χορδών και του πολυσύμπαντος είναι ακόμα αμφιλεγόμενη. Δέχεται συχνά επιθέσεις ως κάτι υπερβολικά πολύπλοκο και δύσκολο να αποδειχθεί. Αν όμως οι Bousso και Zukowski είναι σωστοί και επιλύουν το πρόβλημα των εγκεφάλων Boltzmann, τότε η θεωρία μπορεί να αποκτήσει περισσότερους υποστηρικτές.

Αυτό βέβαια απέχει πολύ από το να θεωρήσουμε πως τα παραπάνω είναι: «ενδεχομένως μια επιπλέον πειραματική επιτυχία της θεωρίας των χορδών και του αιώνιου πληθωρισμού» όπως ισχυρίζεται ο Daniel Harlow, φυσικός στο πανεπιστήμιο Ρrinceton.

Εννέα μήνες εξερεύνησης σε... 60 δευτερόλεπτα! Stunning time-lapse video of Mars Curiosity rover sums up nine months of work - in just 60 seconds

After back-to-back computer problems, the six-wheel Curiosity rover, seen in this self-portrait, has resumed its science experiments.

Ο αμερικανός προγραμματιστής Κάρλ Σάνφορντ συγκέντρωσε οπτικό υλικό που έχει δημοσιεύσει η NASA στην επίσημη ιστοσελίδα της αποστολής Curiosity και δημιούργησε ένα πολύ ενδιαφέρον βίντεο.

Start: The incredible time lapse video begins with just a faint shadow of the Mars Curiosity rover in the early days of its mission in August 2012.

Το ρομπότ βρίσκεται από τον Αύγουστο του 2012 στον Κόκκινο Πλανήτη με βασική αποστολή να εξακριβώσει αν ο Άρης διέθετε κάποτε τις κατάλληλες συνθήκες για την εμφάνιση μικροβιακής ζωής.

Surface: The terrain of the red planet is seen in one of the images taken by Curiosity.

Tο Curiosity βρίσκεται στον κρατήρα Γκέιλ ο οποίος, σύμφωνα με τις αναλύσεις των ειδικών, είναι ένα από τα ιδανικότερα σημεία του Άρη για γεωλογικές μελέτες. 

An image captured by the Mast Camera (Mastcam) on NASA's Mars rover Curiosity revealing interesting internal color in this rock which was broken by Curiosity when it drove over it.

Σε αυτούς τους εννέα μήνες παραμονής του στον κρατήρα το Curiosity έχει πραγματοποίησει σειρά ανακαλύψεων και γεωλογικών ερευνών. 

Internet sensation: The video has been making the rounds on social media, and even Curiosity itself posted the YouTube link on its official Twitter account.

Ο Σάνφορντ κατάφερε να δημιούργησει ένα βίντεο στο οποίο «συμπυκνώνονται» μέσα σε 60 δευτερόλεπτα οι κινήσεις και οι εργασίες που έχει κάνει το Curiosity όλο το προηγούμενο διάστημα.

Ο Τιτάνας είναι σαν…τηγανίτα. Saturn's moon is flat as a pancake: First topographical map of Titan reveals tallest peak is just 500 METRES high

Saturn, with its giant moon Titan in the foreground.

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που στέλνει το διαστημικό σκάφος Cassini που εξερευνά τον Κρόνο και τα δεκάδες φεγγάρια του επιστήμονες στις ΗΠΑ έφτιαξαν τον πρώτο τοπογραφικό χάρτη του μεγαλύτερου και πιο σημαντικού εξ αυτών, του Τιτάνα. Όπως αναφέρουν οι ειδικοί ο Τιτάνας μοιάζει με…τηγανίτα αφού είναι σχεδόν απόλυτα επίπεδος.

«Ίσιος»

Ο πρώτος τοπογραφικός χάρτης του Τιτάνα δείχνει ότι ο δορυφόρος είναι επίπεδος. Using data from NASA's Cassini spacecraft, scientists have created the first global topographic map of Saturn's moon Titan - and found is was flatter than they expected.

Ο Τιτάνας έχει περάσει τα τελευταία χρόνια στο επίκεντρο της επιστημονικής προσοχής αφού όπως διαπιστώθηκε βρίσκεται σε μια κατάσταση παρόμοια με εκείνη που βρισκόταν η Γη στη βρεφική της ηλικία και έτσι οι ειδικοί μπορούν να δουν εκεί εικόνες από το παρελθόν του πλανήτη μας ενώ παράλληλα να κάνουν προβλέψεις για το μέλλον του Τιτάνα.

To create the first global, topographic map of Saturn's moon Titan, scientists analyzed data from NASA's Cassini spacecraft and a mathematical process called splining. This method effectively uses smooth curved surfaces to "join" the areas between grids of existing topography profiles obtained by Cassini's radar instrument. In the upper panel of this graphic, gold colors show where radar images have been obtained over almost half of Titan's surface.

Με τα δεδομένα που έχει συλλέξει μέχρι στιγμής το Cassini ο Τιτάνας μοιάζει πραγματικά επίπεδος. Η υψηλότερη κορυφή του είναι μόλις 500 μέτρα από την επιφάνεια του εδάφους του ενώ η απόσταση από αυτό το σημείο μέχρι το πιο χαμηλό (προφανώς κάποιον κρατήρα ή κοιλότητα) είναι μόλις 2,5 χιλιόμετρα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες που έφτιαξαν τον χάρτη αυτός μπορεί να βοηθήσει στο να δοθούν απαντήσεις για μια σειρά από χαρακτηριστικά του δορυφόρου του Κρόνου, όπως οι κινούμενες σωροί άμμου ή η ροή υγρών (κυρίως μεθανίου).

These polar maps show the first global, topographic mapping of Saturn's moon Titan, using data from NASA's Cassini mission.

«Για να κατανοήσουμε αυτές τις γεωλογικές διεργασίες είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε τις κλίσεις του εδάφους του Τιτάνα. Είναι επίσης πολύ χρήσιμο για όσους μελετούν υδρολογία και προσπαθούν να φτιάξουν κλιματικά και μετεωρολογικά μοντέλα του Τιτάνα. Το που βρίσκονται τα υψηλότερα και που τα χαμηλότερα σημεία του εδάφους είναι κρίσιμοι παράγοντες για αυτές τις μελέτες» αναφέρει ο Ραλφ Λόρενς επιστήμονας του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins που ελέγχει τα δεδομένα που στέλνει το ραντάρ του Cassini. O χάρτης δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Icarus».

Οι βακτηριακές «ρίζες» της φωτοσύνθεσης. Scientists offer first definitive proof of bacteria-feeding behavior in green algae

Το μονοκύτταρο φύκος Cymbomonas φέρει ένα άνοιγμα σαν στόμα (d) μέσω του οποίου καταπίνει βακτήρια (v). This transmission electron micrograph shows bacteria-feeding in the green alga Cymbomonas. In the cross-section features a large vacuole (v) containing bacterial cells. It also shows the tubular duct (d) that transports food into the vacuole. Other structures pictured are plastids/chloroplasts (p), a mitochondrion (m), and Golgi bodies (g). The scale bar represents 2 micrometers. Credit: AMNH/E. Kim

H ανακάλυψη ενός μονοκύτταρου φύκους που καταπίνει ολόκληρα βακτήρια προσφέρει νέα στήριξη στην κρατούσα θεωρία για το πώς εμφανίστηκε η φωτοσύνθεση πριν από ένα δισεκατομμύριο και πλέον χρόνια.

Οι υποψίες

This illustration demonstrates the bacteria-eating behavior of green alga and the eventual evolutionary path it created for photosynthetic algae and land plants. Credit: AMNH/E. Kim and National Institute for Basic Biology/S. Mauyama

Οι βιολόγοι υποψιάζονται εδώ και καιρό ότι οι πρώτοι οργανισμοί που εξέλιξαν τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης δεν ήταν φυτά, αλλά βακτήρια, τα οποία μάλιστα συνεχίζουν να υπάρχουν ακόμα και σήμερα.

Τα κύτταρα των φύλλων περιέχουν φωτοσυνθετικά οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες. Τα εργοστάσια αυτά δεν αποκλείεται να είναι ό,τι απέμεινε από ζωντανά συμβιωτικά βακτήρια.

Και, σύμφωνα με την κρατούσα άποψη, οι πρόγονοι των φυτών ουσιαστικά υπέκλεψαν την τεχνογνωσία της φωτοσύνθεσης από αυτά τα βακτήρια. Αυτό συνέβη όταν οι πρόγονοι των μονοκύτταρων φυκών απορρόφησαν και ενσωμάτωσαν ζωντανά φωτοσυνθετικά βακτήρια στο εσωτερικό τους. Η παράξενη αυτή συμβίωση συνεχίστηκε μέχρι που τα έγκλειστα βακτήρια εκφυλίστηκαν και μετατράπηκαν σε χλωροπλάστες, τα οργανίδια των φυτικών κυττάρων στα οποία συμβαίνει η φωτοσύνθεση.

Ο βακτηριοφάγος

The green alga used in this study and shown here is from the genus Cymbomonas, which presumably resembles early ancestors of the group. The scale bar represents 10 micrometers. Credit: AMNH/E. Kim

Η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην έγκριτη επιθεώρηση «Current Biology», προσφέρει για πρώτη φορά άμεσες ενδείξεις για το πώς οι πρόγονοι των φυτών κατάπιαν τα φωτοσυνθετικά βακτήρια.

Οι ερευνητές του Αμερικανικού Μουσείου Φυσικής Ιστορίας ανακάλυψαν ένα μονοκύτταρο φύκος του γένους Cymbomonas που καταβροχθίζει βακτήρια. Σε εικόνες ηλεκτρονικού μικροσκοπίου διέλευσης, το μικροσκοπικό φύκι διακρίνεται να τραβά τη λεία του σε ένα άνοιγμα που μοιάζει με στόμα, να την καταπίνει και να την χωνεύει μέσα σε ένα χυμοτόπιο, ένα οργανίδιο που περιέχει πεπτικά ένζυμα.

Η ανακάλυψη δείχνει ότι ορισμένα σημερινά φύκη διατηρούν την ικανότητα των προγόνων τους να απορροφούν βακτήρια, επισημαίνουν οι ερευνητές. Η αλήθεια βέβαια είναι ότι τα φύκη Cymbomonas ουσιαστικά χωνεύουν τα βακτήρια αυτά και δεν τα αφήνουν να επιζήσουν στο εσωτερικό τους. Δεν αποκλείεται όμως ότι κάτι τέτοιο συνέβαινε και πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, μέχρι που κάποιος πρόγονος των φυτών ξέχασε να χωνέψει τη λεία του και την άφησε να φωτοσυνθέτει μέσα του.

Ανοιξιάτικη βόλτα στην Άνω Πόλη

Φωτογραφίες: Κωνσταντίνος Βακουφτσής, Photos: Kostas Vakouftsis

Η αληθινή στολή του Iron Man. Is this an early prototype of a real-life Iron Man suit?

Καλλιτεχνική απεικόνιση της στολής RL Mark VI με την οποία θα μπορεί κάποιος να κάνει διαστημικές βουτιές όπως και ο Iron Man. Credit: Mondolithic

Δύο εταιρείες στις ΗΠΑ σχεδιάζουν ένα σύστημα «διαστημικών καταδύσεων», όπως το χαρακτηρίζουν. Πρόκειται για μια στολή που θυμίζει τόσο στον σχεδιασμό όσο και στη λειτουργία τη στολή του Iron Man. Σύμφωνα με τα στελέχη των δύο εταιρειών, οι πρώτες δοκιμές του συστήματος θα ξεκινήσουν στις αρχές του 2016 και, αν όλα πάνε καλά, στο τέλος του έτους θα ξεκινήσει η πώλησή του.

Διαστημικές «βουτιές»

Sol-X Chief Technology Officer Blaze Sanders wearing a Final Frontier Design space suit. Credit: Solar System Express.

Με κομμένη την ανάσα η ανθρωπότητα παρακολούθησε τον περασμένο Οκτώβριο τη βουτιά του Φέλιξ Μπαουμπγκάρντεν από ύψος 39 χλμ στο κενό. Φυσικά ο αλεξιπτωτιστής και λάτρης των ακραίων «αποστολών» επέστρεψε στην επιφάνεια της Γης με τη βοήθεια ενός αλεξίπτωτου που περιείχε η στολή του.

Example of the graphical symbology that will be displayed by the Juxtopia AR Goggles during a typical RL MARK IV space dive. Credit: Blaze Sanders, solarsystemexpress.com

Η εταιρεία ανάπτυξης διαστημικών τεχνολογιών Solar System Express και η εταιρεία σχεδιασμού βιοϊατρικών συστημάτων Juxtopia αναπτύσσουν μια στολή με την οποία θα μπορεί κάποιος να κάνει την ίδια βουτιά και να επιστρέψει στη Γη χωρίς αλεξίπτωτο! Η στολή θα διαθέτει δύο σετ μικροσκοπικών προωθητικών μηχανών με τις οποίες ο κάτοχός της θα μπορεί να απογειώνεται και να προσγειώνεται με ασφάλεια καθώς φυσικά και να εκτελεί όποιες κινήσεις επιθυμεί καθώς πετάει.

Η στολή έχει λάβει την ονομασία RL Mark VI και παρέχει μια σειρά από πληροφορίες στον κάτοχό της καθώς αυτός ίπταται όπως το ύψος στο οποίο βρίσκεται, την ταχύτητα που έχει καθώς και το στίγμα του χρησιμοποιώντας δεδομένα εντοπισμού θέσης (GPS). Τα συστήματα λειτουργούν με φωνητικές εντολές ενώ φυσικά η στολή διαθέτει αλεξίπτωτο το οποίο τίθεται σε λειτουργία αν υπάρξει κάποιο πρόβλημα στις μηχανές της.