Kosmiline peenhäälestus

Võib-olla üks kõige huvitavamatest, kuid üllatavalt vähe uuritud teemadest moodsas füüsikas on kosmiline peenhäälestus. Kosmilise peenhäälestusega viidatakse nendele tähelepanekutele, mille järgi paljud asjad füüsikas, keemias ja kosmoloogias paistavad olevat häälestatud täpselt elu jaoks sobilikuks.

Selle taustal on arvamus, et looduseseaduste ja universumi omaduste taustal on mingisugune plaan või disain. Järgnevas artiklis esitletakse mõningaid peenhäälestuse idee omandustest. Laiahaardelisema käsituse peenhäälestusest saab huvitatud lugeja artikli allikatega täpsemalt tutvudes.

Peenhäälestus keemias: vesi

Elu tekkimine vajab vedelikku. Nõnda saavad mikrotaseme ehitusosakesed liikuda üksteise suhtes, aga ka puutuda üksteisega kokku piisavalt sageli. Vedelikest on just vesi selgelt kõige parem elu eelduseks ja selle ülevalpidamiseks.

Vesi on universaalne lahusti, mis tähendab, et suur osa algainetest lahustuvad vees. Kui elu kasutab vett, suudab see kasutada rohkemaid muid algaineid. Selle lisaks reageerib vesi paljude algainetega piisavalt, kuid mitte liiga tugevalt. Tähtis on, et vee struktuur on lihtne ning et seda on piisavalt saadaval.

Rakutaseme nanomasinates on hämmastavalt suured kasutegurid, kuid siiski jääb kudemetesse elu toimimisest soojusenergiat, mida elul tuleb taluda. Vee omadused soojuse reguleerimiseks on kahtlemata head, sest veel on kõrge soojuskapasiteet. Nõnda muutub vee temperatuur aeglaselt kui soojusenergiat tuuakse või viiakse kudemest. Näiteks kümne kilometri jooksuringi tegemine tõstab meie keha temperatuuri põhimõtteliselt ainult 10 °C. Temperatuuri tegelik tõus oleks 50 °C kui inimene oleks tehtud soolast ning koguni 250 °C kui keha oleks metallist.

Selle lisaks on veel sobilik madal viskoossus veeringlust silmas pidades. See tähendab, et üleliigset soojust on võimalik transportida kiiresti lihastööd tegevast kudemest välja. Veel on ka piisavalt hea soojusjuhtivus, mistõttu võib soojust juhtida peenikestesse juussoontesse ning ka neist välja. Vee kõrge latentne temperatuur selle haihtudes võimaldab ka suurepäraselt tõhusat soojusjuhtivust inimese nahalt. Vastavaid vee omadusi kasutatakse ära ka meie maakera ökosüsteemis, stabiliseerimaks planeedi temperatuurimuutusi.

Tavaliselt on tahke mateeria vedelikust raskem. Õnneks aga vesi laieneb jäätudes. Jää on seega vedelast veest kergem. Nõnda ei jäätu järved ja mered alates põhjast, vaid jää moodustab vee peale elu kaitsva ning soojust tihendava kesta. Lisaks on jääl tahke ainena madal soojusjuhtivus ja kõrge latentne temperatuur. Nõnda loovutab vesi jäätudes enda ümbrusesse suure hulga soojusenergiat, mis takistab jäätumist. Kõige lisaks on jää viskoossus sobivalt väike ehk maa poolustel ja mägedes ei kogune vesi liiga suurteks liustikeks, vaid liustikud levivad ja vesi naaseb taas tsirkulatsiooni elu heaks.

Toitainete taaskasutuse vaatepunktist võimaldab vesi tõhusa taaskasutusprotsessi. Veel on kõrge pindpinevus, see laieneb jäätudes, sellel on head lahustamisomadused ja madal viskoossus ning tahkel kujul on jääl sobilikult kõrge viskoossus.

Nõnda tulenevad vee elu jaoks vältimatud omadused füüsika seaduspäradest: näiteks elektromagnetismi tugevus, elektroni ja prootoni kaalusuhe ning kvanttaseme omadused on kõik omavahel sobilikult tasakaalus.

Peenhäälestus füüsikas

Füüsikas on neli fundamentaalset vasatasmõju: gravitatsioon, elektromagneetiline vastasmõju, nõrk- ja tugev vastasmõju. Nende vastasmõjude tugevuste vahed on märkimisväärselt suured. Tugev vastasmõju on umbes 1039 korda suurem kui gravitatsioon. Sellegi poolest peavad need vastasmõjud olema just sellised kui need on, et elu oleks võimalik.

Näiteks kui gravitatsioon oleks kolm korda suurem, ei oleks tähed küllalt pikaealised (Collins 2003). Selle lisaks oleksid võimalikud planeedid väikesed ning elusolenditel oleks raskusi taluda gravitatsiooni. Kui aga gravitatsioon oleks nõrgem, poleks tähed küllalt kuumad fuusio tekkeks, mistõttu päikese sarnaseid stabiilseid energiaallikaid ei oleks olemas. Näide kolmekordsest gravitatsioonist võib tunduda liialdusena, aga kogu vastastikmõjude tugevuste vahetusega võrreldes on see väike. Gravitatsiooni tugevust tuleks peenhäälestada umbes 10-36 t , et elu oleks võimalik (Collins 2003).

Algainete olemasolu võimaldavad elektromagneetilise ja tugeva vastasmõju tugevuste sobilik suhe (et positiivselt laetud tuumik püsiks koos), kvantfüüsikast järgmiste energiatasemete olemasolu ning Pauli printsiip (st. et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus). Kui näiteks tugev vastasmõju oleks poole võrra nõrgem kui see on, poleks söepõhised algained küllalt stabiilsed ning need ei püsiks koos (Barrow ja Tipler, 1988).

Ka algainete teke seab nõudmisi füüsika seadustele. Lahkunud Fred Hoyle ennustas elu olemasolu põhjal teatud söetuuma energiataseme, ilma milleta tähtedes ei tekiks sütt või sellest raskemaid algaineid. Selleks, et sütt võiks tekkida tähtedes, peab tugev vastasmõju ühtima 0,5 % täpsusega selle praeguse väärtusega. Täpsemalt vaadeldes võetakse arvesse, et tugeva vastasmõju tugevusest on võimalik tuletada kergete kvarkide masside füüsikalise suuruse. Nende kvarkide mass peab ühtima 3 % täpsusega olemasolevaga, et elu oleks võimalik.

Elektron on umbes tuhat korda kergem kui prooton. See teeb võimalikuks selle, et elektronide ”pilv” tiirleb ümber raske ja küllaltki paigal püsiva tuuma, mis võimaldab keemilised sidemed.

Neutron on sobilikult prootonist raskem: Kui neutron oleks veidike (1/700 võrra) raskem, ei toimuks tähtede põlemiseks olulist reaktsiooni p + p → D ning tähti ei oleks olemas (Barrow ja Tipler, 1988).

Peenhäälestus kosmoloogias

Paistab, et meie universumi laienemine järjest kiireneb. Laienemist kiirendava pimeda energia hulk on väga väike, sest kvantmehhaaniliste efektide põhjal on ootusarv vaakumi energiatiheduse jaoks ja nõnda ka pimedale energiale vähemalt 1053 korda suurem. Kui pime energia oleks praegusest suurem, oleks universum laienenud liiga kiiresti ning galaktikaid või planeete poleks tekkinud.

Võib-olla kõige suuremat peenhäälestust esindab meie universumi entroopia. Kui meie universum koosneks ühest või rohkemast mustast august, oleks selle entroopia umbes 10123  (Penrose, The Road to Reality, lk 726-732). Universum on tulnud häälestada väga organiseeritult, et võimaliku inflatsiooni ja laienemise järel (entroopia kasvab) on universumi ikkagi organiseeritud. Algava  või tekkiva universumi koht faasruumis tuleb seega põhimõtteliselt häälestada 1:10^10^123 täpsusega.

Diskussioon

Näiteid kosmose peenhääletatusest on veel teisigi. Kuigi arvamused peenhäälestatud parameetrite hulga ja täpsete arvude kohta vahelduvad, on peenhäälestus ise üldiselt aktsepteeritud fenomen selle uurijate hulgas. Näiteks kuigi Stephen Hawking on filosoofilistel kaalutlustel selle vastu, et universumil oleks kindel disain või plaan, tõdeb ta siiski oma raamatus The Grand Desing järgmist: ”Looduseseadused moodustavad süsteemi, mis on äärmiselt peenhäälestatud ning füüsika seaduseid võib muuta vaid vähe, ilma et hävitataks meie tuntud elu arenemise võimalused.”

Mida mõeldakse peenhäälestuse all ning milliseid järeldusi saame selle põhjal teha? Füüsik-filosoof R. Collins on esitanud täpselt määratletud argumendi teismi poolt toetudes peenhäälestusele (Collins, 2009). Lihtsustades on põhjendus järgmine: Naturalismi vaatepunktist on väga ebatõenäoline, et füüsika seadused ja muutumatud suurused (konstandid) satuvad juhuslikult elu lubavate parameetrite sisse. Teismi vaatepunktist pole see ebatõenäoline. Nõnda toetab hüpoteesi t universumi peenhäälestuse fenomen pigem teismi.

Kosmoloog Kari Enqvist on kritiseerinud peenhäälestuse argumenti, väites, et meil pole võimalik teada füüsika suuruste tegelikku vahelduvuse vahemikku. Iseenesest on tähelepanuväärne, et vahelduvuse vahemik ning valitud parameetrid mõjutavad peenhäälestuse täpsust. Need siiski ei kaota peenhäälestust. Põhimõtteliselt on Enqvisti kriitika taustal vale käsitus tõenäosusest: tõenäosus kirjeldab meie teadmatust, mitte mõõdetud proovijaotust (sample distribution). Kui tunneksime täpselt kõiki muutujaid näiteks täringu viskamisel, lotonumbrite masinas või kaardimängus, ei vajaks me tõenäosust, sest võiksime kalkuleerida lõpptulemuse. Ka kosmoloogias toimivad tõenäosustele põhinevad vaatlused hästi ning neid kasutatakse rutiinselt ning proovijaotust pole saadaval. On väga tavaline kirjeldada meie teadmatust koostoime tugevustest ühtlase jaotusega nende praeguses vahelduvuse vahemikus. Tõeline vahemik võib-olla isegi suurem, mis tähendab, et peenhäälestus oleks veelgi keerukam.

Ühendavad teooriad võivad üritada proovida muuta peenhäälestuse täpsust ühte või teise suunda. Igatahes tuleb kõrgema taseme teooriat peenhäälestada, et praegused efektiivsed looduseseadused ja konstandid saadakse elu jaoks sobilikeks. Tegelikult on ainus usutav materialistlik seletus peenhäälestuse jaoks multiversum. See tähendab, et universumeid peab oleme lõpmatu hulk, ning et meie universumis on kõik füüsika seadused sattunud õnneliku juhuse läbi kenasti kooskõlla. Seletusena on multiversum siiski problemaatiline. Selles sisaldub näiteks hatsartmänguri pööratud valededuktsioon, mis kõlab järeldusena järgmiselt: ”Ma olen kaotanud nii palju, et järgmisena pean ma võitma.” See on vale deduktsioon, sest iga mäng on üksteisest sõltumatu. Pööratud hatsartmänguri deduktsioon on aga järgmine: ”Ma võitsin ükskord väga ebatõenäolise mängu, seega võidule pidi eelnema suur hulk mänge.” Ka selles pradigmas on iga mäng üksteisest sõltumatu. Multiversum ei seleta universumi peenhäälestust paremini kui ühe universumi teooria (Palonen, 2009).

Filosoof Alvin Plantinga arvab, et Collinsi tõenäosusele põhinev peenhäälestuse argument on pädev, aga esitab ka teise viisi tõlgendada peenhäälestust (Plantinga, 2011): Peenhäälestuse järgi tajume intuitiivselt maailma eesmärgipärasust (disaini) ning/või Jumala olemasolu. (Plantinga kohaselt moodustame usaldusväärseid uskumusi samuti näiteks teiste meelte olemasolust või mineviku tõelisusest ilma, et esitame neid põhjendavaid argumente. Väide, et sõime hommikul hommikusööki ei põhine argumentatsioonile, vaid pigem meie mälestusele.) Peenhäälestusele toetudes ei saa me parata, et tajume universumi taga mõtet ja eesmärki, mitte lihtsalt juhust või materiaalseid protsesse.

Füüsik John Wheeler tõdes kord ”bit before it”, millega ta mõtles, et informatsioon eelneb mateeriale. See on selge isegi seetõttu, et mateeriat ei saa olla olemas ilma selle omadusi ning need omadused on iseeneses informatsioon. Peenhäälestuse olemasolu toetab seda käsitust. Informatsioon, eesmärgipärasus ja mõttekus füüsika ja universumi taustal on mõistlik füüsika uurimise vaatepunktist, sest mis mõte oleks uurida kosmilise ”suvaliste arvude generaatori” väljundeid?

Kirjandus

Plantinga, Where the Conflict Really Lies: Science, Religion, and Naturalism, (Oxford University Press 2011)

Michael Denton, Nature’s Destiny: How the Laws of Biology Reveal Purpose in the Universe (The Free Press, 1998).

Barrow ja F. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle (Oxford University Press, 1988)

John Leslie, Universes (New York: Routledge, 1989)

Collins, “Evidence for Fine-Tuning” kirjassa God and Design, ed. N. Manson (Routledge, 2003)

Collins, “The Teleological Argument: an Exploration of the Fine-Tuning of the Universe”, kirjassa The Blackwell Companion to Natural Theology, ed. William Lane Craig and J. P. Moreland. (New York: Wiley, 2009)

Pilt: Drew Patrick.

Autor: Vesa Palonen

Tõlkinud Joona Toivanen

Ylös