Parametry precyzyjnie dostrojoneCzas czytania: 14 min

Termin „precyzyjne dostrojenie” odnosi się do różnych cech Wszechświata, które są koniecznymi warunkami istnienia złożonego życia. Te cechy to między innymi warunki początkowe oraz „proste fakty” Wszechświata jako całości, prawa przyrody lub stałe fizyczne związane z tymi prawami (na przykład stała grawitacji) oraz lokalne cechy zamieszkiwalnych planet (takie jak odległość planety od gwiazdy macierzystej).

Zgodnie z podstawową ideą te cechy muszą podpadać pod bardzo wąski zakres możliwych wartości, aby mogło zaistnieć życie oparte na związkach chemicznych.

Pewne popularne przykłady stanowią przedmiot dyskusji. Toczą się również skomplikowane filozoficzne debaty o tym, jak obliczać prawdopodobieństwa. Niemniej istnieje wiele dobrze ugruntowanych przykładów precyzyjnego dostrojenia, które są powszechnie akceptowane nawet przez naukowców na ogół nieprzyjaźnie nastawionych do teizmu i idei projektu. Na przykład Stephen Hawking przyznał: „Warto zwrócić uwagę, że te wartości [stałych fizycznych] wydają się dobrane bardzo starannie, by umożliwić rozwój życia”¹. Oto najsłynniejsze i najpowszechniej akceptowane przykłady precyzyjnego dostrojenia do możliwości istnienia życia:

STAŁE KOSMICZNE

1. Stała grawitacji
2. Stała oddziaływania elektromagnetycznego
3. Stała silnego oddziaływania jądrowego
4. Stała słabego oddziaływania jądrowego
5. Stała kosmologiczna

WARUNKI POCZĄTKOWE I „PROSTE FAKTY”

6. Początkowy rozkład masy i energii
7. Stosunek mas protonów i elektronów
8. Prędkość światła
9. Przewaga masy neutronu nad masą protonu

„LOKALNE” WARUNKI PLANETARNE

10. Stabilny cykl tektoniki płyt z właściwym rodzajem geologicznego wnętrza
11. Właściwa ilość wody w skorupie ziemskiej
12. Duży księżyc o właściwym okresie obrotu
13. Właściwe stężenie siarki
14. Właściwa masa planety
15. Bliskość względem wewnętrznej granicy okołogwiazdowej strefy zamieszkiwalnej
16. Orbita o niskiej ekscentryczności znajdująca się poza sprzężeniami spinowo-orbitalnymi i rezonansami gazowych olbrzymów
17. Kilka sąsiadujących planet o masie porównywalnej do masy Jowisza, mających duże kołowe orbity
18. Znajdowanie się poza ramionami spiralnymi galaktyki
19. Znajdowanie się w pobliżu okręgu korotacji na orbicie kołowej wokół centrum galaktyki
20. Znajdowanie się w galaktycznej strefie zamieszkiwalnej
21. Istnienie w kosmicznej epoce zamieszkiwalnej

SKUTKI PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW PRECYZYJNIE DOSTROJONYCH

22. Polarność cząsteczki wody

Wyjaśnienie

STAŁE KOSMICZNE

1. Stała grawitacji (wielkoskalowa siła przyciągania, która utrzymuje ludzi na planecie i utrzymuje planety, gwiazdy i galaktyki ze sobą nawzajem) – gdyby grawitacja była zbyt słaba, to nie mogłyby się tworzyć planety i gwiazdy, a gdyby była zbyt silna, to gwiazdy wypalałyby się zbyt szybko.
2. Stała oddziaływania elektromagnetycznego (małoskalowa siła przyciągania i odpychania, która utrzymuje elektrony i jądra atomów ze sobą nawzajem) – gdyby oddziaływanie elektromagnetyczne było znacznie silniejsze albo znacznie słabsze, to nie istniałyby stabilne wiązania chemiczne.
3. Stała silnego oddziaływania jądrowego (małoskalowa siła przyciągania, która utrzymuje jądra atomów ze sobą nawzajem, a gdyby nie ona, to jądra atomów wzajemnie by się odpychały ze względu na oddziaływanie elektromagnetyczne) – gdyby oddziaływanie silne było słabsze, to we Wszechświecie występowałoby znacznie mniej stabilnych pierwiastków chemicznych i nie byłoby różnych pierwiastków, które są niezbędne do możliwości istnienia życia.
4. Stała słabego oddziaływania jądrowego (rządzi rozpadem promieniotwórczym) – gdyby oddziaływanie słabe było znacznie silniejsze albo znacznie słabsze, to nie mogłyby się utworzyć żadne gwiazdy, które stanowią warunek konieczny możliwości istnienia życia.

(Istnieją cztery „oddziaływania fundamentalne”).

5. Stała kosmologiczna (odpowiada za prędkość ekspansji Wszechświata) – utrzymuje równowagę między przyciągającą siłą grawitacji a hipotetyczną odpychającą siłą przestrzeni kosmicznej obserwowalną tylko w bardzo dużych skalach wielkości. Wartość tej stałej musi być bardzo bliska zeru, co oznacza, że te dwie siły muszą być niemal doskonale zrównoważone. Uzyskanie właściwej równowagi wymaga, aby stała kosmologiczna była precyzyjnie dostrojona do mniej więcej 1 części na 10¹²⁰. Gdyby była nieco bardziej dodatnia, to ekspansja Wszechświata byłaby zbyt gwałtowna, a gdyby była nieco ujemna, to Wszechświat uległby kolapsowi.

Tak jak w przypadku stałej kosmologicznej, stosunki między innymi stałymi muszą być precyzyjnie dostrojone względem siebie nawzajem. Ponieważ logicznie możliwy zakres wartości niektórych oddziaływań jest potencjalnie nieskończony, więc w celu ujęcia dokładności precyzyjnego dostrojenia teoretycy często mówią o zakresie wartości oddziaływań, gdzie najsłabsza jest grawitacja, a najmocniejsze jest silne oddziaływanie jądrowe. Silne oddziaływanie jądrowe jest 10⁴⁰ razy silniejsze od grawitacji, czyli ma o dziesięć tysięcy miliardów miliardów miliardów miliardów większą siłę niż grawitacja. Ten zakres można przedstawić jako linijkę rozciągającą się na cały obserwowalny Wszechświat, czyli na około 15 miliardów lat świetlnych. Gdybyśmy zwiększyli wartość grawitacji zaledwie o 1 część na 10³⁴ w zakresie wartości oddziaływań (co odpowiadałoby przesunięciu o niecałe 2,5 centymetra na linijce o długości Wszechświata), to we Wszechświecie nie mogłyby istnieć planety, na których mogłoby się pojawić i rozwijać życie.

WARUNKI POCZĄTKOWE I „PROSTE FAKTY”

6. Warunki początkowe. Oprócz stałych fizycznych istnieją też warunki początkowe lub brzegowe, które opisują warunki obecne na początku Wszechświata. Warunki początkowe są niezależne od stałych fizycznych. Jednym ze sposobów ujmowania warunków początkowych jest stwierdzenie, że początkowy stan Wszechświata miał skrajnie niską entropię (czyli był wysoce uporządkowany). Odnosi się to do początkowego rozkładu masy i energii. W książce Droga do rzeczywistości² fizyk Roger Penrose oszacował, że prawdopodobieństwo przypadkowego wystąpienia mającego niską entropię, początkowego stanu naszego Wszechświata jest rzędu 1 na 10^10(123). Ten stosunek dalece przekracza naszą zdolność pojmowania. Ponieważ uważamy, że istnienie niosącego życie Wszechświata jest z natury rzeczy interesujące, więc ten stosunek powinien być wystarczającą podstawą do zadania następującego pytania: dlaczego taki Wszechświat istnieje? Jeśli na kimś ten stosunek nie robi wrażenia, to prawdopodobnie nie przekonają go również dodatkowe przykłady precyzyjnego dostrojenia.

Oprócz warunków początkowych istnieje też wiele innych, dobrze znanych cech Wszechświata, które są najwyraźniej prostymi faktami. One również wykazują wysoki stopień precyzyjnego dostrojenia. Precyzyjnie dostrojonymi „prostymi faktami” przyrody (takimi się one przynajmniej wydają) są między innymi:

7. Stosunek mas protonów i elektronów – gdyby był nieco inny, to nie mogłyby powstać cegiełki budulcowe życia, takie jak DNA.
8. Prędkość światła – gdyby była większa, to gwiazdy zbyt mocno by świeciły, a gdyby była mniejsza, to gwiazdy świeciłyby zbyt słabo.
9. Przewaga masy neutronu nad masą protonu – gdyby była większa, to byłoby zbyt mało niezbędnych dla życia pierwiastków ciężkich, a gdyby była mniejsza, to gwiazdy szybko uległyby kolapsowi i stałyby się gwiazdami neutronowymi albo czarnymi dziurami.

„LOKALNE” WARUNKI PLANETARNE

Nawet jednak we Wszechświecie precyzyjnie dostrojonym na poziomie kosmicznym skrajnie różne mogą być warunki lokalne. Okazuje się, że nawet w naszym precyzyjnie dostrojonym Wszechświecie ogromna większość miejsc nie nadaje się do życia. W książce Wyjątkowa planeta³ zidentyfikowaliśmy 12 ogólnych, powszechnie uznawanych precyzyjnie dostrojonych czynników wymaganych do utworzenia jednej zamieszkiwalnej planety. Wszystkie te 12 czynników można zaobserwować w przypadku Ziemi. Istnieje prawdopodobnie znacznie więcej takich czynników. W gruncie rzeczy większość tych czynników można rozdzielić na subczynniki, ponieważ każdy z nich przyczynia się do zamieszkiwalności planety na wiele sposobów.

10. Stabilny cykl tektoniki płyt z właściwym rodzajem geologicznego wnętrza (umożliwia cykl obiegu węgla w przyrodzie i generuje ochronne pole magnetyczne) – gdyby skorupa ziemska była znacznie cieńsza, to niemożliwy byłby recykling powodowany przez tektonikę płyt.
11. Właściwa ilość wody w skorupie ziemskiej (woda stanowi uniwersalny rozpuszczalnik, który jest potrzebny organizmom żywym).
12. Duży księżyc o właściwym okresie obrotu (stabilizuje nachylenie planety i wywołuje pływy) – w przypadku Ziemi siła przyciągania grawitacyjnego jej księżyca stabilizuje kąt jej osi do niemal stałej wartości 23,5 stopnia. Gwarantuje to, że względnie umiarkowane zmiany pór roku oraz jedyny w Układzie Słonecznym, dostatecznie łagodny klimat, w którym mogą przetrwać złożone organizmy żywe.
13. Właściwe stężenie siarki (jest ono konieczne do zachodzenia ważnych procesów biologicznych).
14. Właściwa masa planety (umożliwia planecie utrzymywanie właściwego typu atmosfery i jej odpowiedniej gęstości) – gdyby Ziemia była mniejsza, to słabsze byłoby jej pole magnetyczne, przez co wiatr słoneczny niszczyłby ziemską atmosferę, powoli przekształcając naszą planetę w takie martwe, jałowe środowisko, jakie panuje na Marsie.
15. Bliskość względem wewnętrznej granicy okołogwiazdowej strefy zamieszkiwalnej (umożliwia planecie utrzymywanie właściwej ilości ciekłej wody na powierzchni) – gdyby Ziemia znajdowała się zaledwie o 5% bliżej Słońca, to spotkałby ją taki sam los, jak Wenus, na której panuje niekontrolowany efekt cieplarniany, a temperatury dochodzą do 460 stopni Celsjusza. Gdyby natomiast znajdowała się o około 20% dalej od Słońca, to dochodziłoby na niej do niekontrolowanych zlodowaceń tego typu, które doprowadziły do wyjałowienia Marsa.
16. Orbita o niskiej ekscentryczności znajdująca się poza sprzężeniami spinowo-orbitalnymi i rezonansami gazowych olbrzymów (umożliwia planecie długie utrzymywanie się na bezpiecznej orbicie).
17. Kilka sąsiadujących planet o masie porównywalnej do masy Jowisza, mających duże kołowe orbity (chronią one strefę zamieszkiwalną przed zbyt intensywnym bombardowaniem kometami) – gdyby Ziemia nie była chroniona przez siłę przyciągania grawitacyjnego Jowisza i Saturna, to byłaby znacznie bardziej narażona na niszczycielskie kolizje z kometami, które powodowałyby masowe wymierania. Większe planety w naszym Układzie Słonecznym rzeczywiście zapewniają Ziemi znaczącą ochronę przed najniebezpieczniejszymi kometami.
18. Znajdowanie się poza ramionami spiralnymi galaktyki (umożliwia planecie zachowywanie bezpiecznego oddalenia od supernowych).
19. Znajdowanie się w pobliżu okręgu korotacji na orbicie kołowej wokół centrum galaktyki (umożliwia planecie uniknięcie przechodzenia przez niebezpieczne części galaktyki).
20. Znajdowanie się w galaktycznej strefie zamieszkiwalnej (zapewnia planecie dostęp do pierwiastków ciężkich, ale w bezpiecznej odległości od niebezpiecznego centrum galaktyki).
21. Istnienie w kosmicznej epoce zamieszkiwalnej (czyli wtedy, gdy pierwiastki ciężkie i aktywne gwiazdy nie przyczyniają się do zbyt częstego następowania niebezpiecznych zdarzeń radiacyjnych).

Jest to bardzo podstawowy wykaz „składników” potrzebnych do utworzenia jednej zamieszkiwalnej planety. Aktualnie dla większości tych czynników jesteśmy w stanie oszacować jedynie zgrubne prawdopodobieństwa. Wiemy na przykład, że w galaktycznej strefie zamieszkiwalnej Drogi Mlecznej znajduje się mniej niż dziesięć procent wszystkich gwiazd w tej galaktyce. Natomiast prawdopodobieństwo przypadkowego utworzenia się właściwego rodzaju księżyca jest niemal na pewno bardzo małe, aczkolwiek nie jesteśmy w stanie obliczyć, jak bardzo niską ma wartość. Możemy jedynie powiedzieć, że ogromna większość możliwych lokalizacji w widzialnym Wszechświecie, nawet w skądinąd zamieszkiwalnych galaktykach, nie umożliwia istnienia życia.

Należy jednak mieć na uwadze, że to „lokalne” precyzyjne dostrojenie nie jest tym samym, co kosmiczne precyzyjne dostrojenie. W przypadku kosmicznego precyzyjnego dostrojenia porównujemy rzeczywisty Wszechświat jako całość z innymi, możliwymi, ale nie rzeczywistymi wszechświatami. I chociaż teoretycy niekiedy postulują istnienie wielu wszechświatów, aby uniknąć problemu związanego z faktem istnienia precyzyjnie dostrojonego Wszechświata, to nie dysponujemy żadnymi bezpośrednimi świadectwami istnienia tych innych wszechświatów. Kiedy jednak rozważamy nasze lokalne środowisko planetarne, to porównujemy je z innymi znanymi lub teoretycznie możliwymi lokalizacjami w rzeczywistym Wszechświecie. Oznacza to, że w dostatecznie dużym Wszechświecie potencjalnie da się uzyskać te lokalne warunki co najmniej raz wyłącznie wskutek działania procesów przypadkowych (byłby to jednak skutek „przypadku” ściśle ograniczonego przez kosmiczne precyzyjne dostrojenie).

Czy wynika z tego, że świadectwa lokalnego precyzyjnego dostrojenia są bezużyteczne z punktu widzenia wnioskowania o projekcie? Nie. Argumentujemy, że w lokalnym precyzyjnym dostrojeniu możemy dostrzegać celowy wzorzec. Okazuje się bowiem, że te same kosmiczne i lokalne warunki, które umożliwiają istnienie złożonych obserwatorów, zapewniają ponadto najlepsze – ogólnie rzecz biorąc – środowisko do dokonywania odkryć naukowych. Inaczej mówiąc, złożeni obserwatorzy muszą znajdować się w środowisku, które zapewnia najlepsze – ogólnie rzecz biorąc – warunki do dokonywania obserwacji. Powinniśmy tego oczekiwać, jeśli Wszechświat został zaprojektowany do dokonywania odkryć, ale w przeciwnym razie ta cecha Wszechświata nie jest spodziewana. W związku z tym precyzyjne dostrojenie stałych fizycznych, warunków początkowych Wszechświata i lokalnych warunków zamieszkiwalności wskazuje na to, że Wszechświat został zaprojektowany nie tylko tak, aby mogło istnieć złożone życie, ale również tak, aby można w nim było dokonywać odkryć naukowych.

SKUTKI PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW PRECYZYJNIE DOSTROJONYCH

Istnieje wiele przykuwających uwagę skutków precyzyjnego dostrojenia, które „wypływają” z podstawowej fizyki i wskazują, jak głęboko sięga precyzyjne dostrojenie Wszechświata. Tych „skutków” nie należy traktować jako parametrów niezależnych (zobacz niżej). Niemniej pomagają one zilustrować ideę precyzyjnego dostrojenia. Oto przykład:

22. Polarność cząsteczki wody (sprawia, że woda jest wyjątkowo dostosowana do możliwości istnienia życia) – gdyby polarność cząsteczki wody była większa albo mniejsza, to ciepło dyfuzji i parowania wody uniemożliwiałoby istnienie życia. Polarność cząsteczki wody jest skutkiem stałych fizycznych wyższego rzędu oraz różnych cech cząstek subatomowych.

CO Z WSZYSTKIMI INNYMI PARAMETRAMI?

Przy rozważaniu parametrów precyzyjnie dostrojonych można przyjąć podejście maksymalistyczne albo minimalistyczne.

Naukowcy przyjmujący podejście maksymalistyczne starają się opracować możliwie najdłuższy wykaz parametrów. Na przykład w jednej ze swoich pierwszych książek pewien popularny chrześcijański apologeta wymienił trzydzieści cztery różne parametry i stopniowo powiększał ten wykaz, który obejmuje obecnie dziewięćdziesiąt parametrów. Ten autor przypisuje również dokładne prawdopodobieństwa różnym czynnikom „lokalnym”.

Chociaż długi (i rosnący) wykaz połączony z dokładnymi prawdopodobieństwami może mieć silny wydźwięk retoryczny, to wiąże się z nim również pewna poważna słabość: wiele wymienionych w takim wykazie parametrów prawdopodobnie wywodzi się z innych, bardziej fundamentalnych parametrów, a więc w istocie nie są one niezależne. Na przykład częstość eksplozji supernowych może być po prostu funkcją jakichś podstawowych praw przyrody, nie zaś odrębnym przykładem precyzyjnego dostrojenia. Jeśli chcemy zasadnie mnożyć różne parametry, aby otrzymać małe prawdopodobieństwo, to musimy się upewnić, że nie dokonujemy „podwójnej rezerwacji”, czyli nie uwzględniamy tego samego czynnika dwukrotnie w różnych opisach. W przeciwnym razie przeszacujemy prawdopodobieństwo. Co więcej, w wielu przypadkach po prostu nie znamy dokładnych prawdopodobieństw.

Aby uniknąć tych problemów, niektórzy przyjmują podejście bardziej zachowawcze i koncentrują się na różnych, dobrze zrozumianych i powszechnie akceptowanych przykładach precyzyjnego dostrojenia. Takie podejście przyjęliśmy w niniejszym tekście. Chociaż z pewnością istnieją dodatkowe przykłady precyzyjnego dostrojenia, to już nawet to zachowawcze podejście zapewnia dostatecznie dużą liczbę skumulowanych świadectw projektu. Ostatecznie to właśnie te świadectwa skłoniły materialistów do tworzenia scenariuszy wielu wszechświatów w celu uniknięcia implikacji płynących z faktu precyzyjnego dostrojenia.

Casey Luskin

Oryginał: Fine-Tuning Parameters, „Evolution News & Science Today” [dostęp: 23 V 2025].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan

Literatura: