I decennier har olika fysiker teoretiserat att även de minsta förändringar i de grundläggande naturlagarna skulle göra det omöjligt för liv att existera. Denna idé, även känd som "finjusterat universum"-argumentet, antyder att förekomsten av liv i universum är mycket känslig för värdena i viss grundläggande fysik. Ändra någon av dessa värden (som logiken säger), och livet skulle inte existera, vilket betyder att vi måste ha mycket tur att vara här.

Men kan detta verkligen vara fallet, eller är det möjligt att liv kan uppstå under olika fysiska konstanter, och vi bara inte vet det? Denna fråga togs nyligen upp av Luke A. Barnes, en postdoktor vid Sidney Institute for Astronomy (SIA) i Australien. I sin bok "A Fortunate Universe:Life in a Finely Tuned Cosmos" hävdade han och Sydney astrofysikprofessor Geraint F. Lewis att ett finjusterat universum är vettigt ur en fysiksynpunkt.

Författarna sammanfattade också dessa argument i en inbjuden bidragsartikel, som publicerades i Routledge Companion to Philosophy of Physics (1:a upplagan) I denna artikel, med titeln "The Fine-Tuning of the Universe for Life", förklarar Barnes hur "fin- tuning" består av att förklara observationer genom att använda ett "misstänksamt exakt antagande." Detta, hävdar han, har varit symptomatisk för ofullständiga teorier genom historien och är ett vanligt inslag i modern kosmologi och partikelfysik.

I vissa avseenden liknar denna idé den antropiska principen, som säger att varje försök att förklara universums egenskaper inte kan ignorera vår existens som livsformer. Detta står i skarp kontrast till den kosmologiska principen – även kallad Kopernikansk princip, uppkallad efter Nicolaus Copernicus, som formulerade den heliocentriska modellen av universum – som säger att det inte finns något unikt eller speciellt med människor eller vår plats i universum.

I en tidigare artikel hävdade Barnes och Lewis att långt ifrån att vara ett fall av arrogans eller "religion i förklädd", är den antropiska principen en nödvändig del av vetenskapen. När de tog upp sammanträffandet mellan mänsklighetens existens och ett universum som är tillräckligt gammalt och styrt av fysik som gynnar framväxten av intelligent liv (d.v.s. oss), härledde de en enkel maxim:"Alla redogörelser för slumpen måste beakta hur universum gör varelser som kan mäta [det]."

Men som Barnes förklarade för Universe Today via e-post, finns det några betydande skillnader mellan den antropiska principen och det finjusterade universum:

"Jag förstår förhållandet mellan finjustering och den antropiska principen på följande sätt. Finjustering avser det faktum att små förändringar av naturens konstanter skulle ha resulterat i ett universum som inte kan stödja liv. Den antropiska principen säger att om fysiskt liv -former existerar, de måste observera att de är i ett universum som är kapabelt att upprätthålla deras existens."

Med andra ord konstaterar Barnes att den antropiska principen är ett oförfalsbart uttalande (aka en tautologi) som är ett resultat av "selektionseffekten" av vår egen existens. Eftersom vi inte har en befolkning av intelligent liv och civilisationer att välja mellan, kan principen i sig inte förfalskas. Samtidigt, säger Barnes, är det finjusterande argumentet ett "överraskande faktum om naturlagarna som vi känner dem."

Det finjusterade universumargumentet går tillbaka till 1970-talet när fysiken började notera att små förändringar av naturens grundläggande konstanter, eller i universums initiala förhållanden, skulle utesluta livet som vi känner det. Hade själva kosmos och fysikens lagar utvecklats annorlunda, skulle den stabilitet som krävs för att levande varelser skulle existera (i all sin komplexitet) inte vara möjlig.

Men som Barnes noterar i sin sammanfattning, går denna logik i strid med samma gamla problem. Liksom antikens geocentriska modell innehåller den misstänkt exakta antaganden, som han fortsätter att ta upp en efter en. Den första har att göra med den kosmologiska konstanten (CC), en idé som Einstein föreslog 1917 som ett tillfälligt tillägg till sina fältekvationer för allmän relativitet. Betecknad med karaktären Lambda, var CC en kraft som skulle "motverka gravitationen" och därmed säkerställa att universum förblev statiskt (en populär syn på den tiden).

Medan Einstein lämnade CC några år senare när han fick reda på att astronomer hade bevisat att universum expanderar, har idén omtolkats sedan 1990-talet. Med insikten att den kosmiska expansionen accelererar, började fysiker postulera att Einsteins CC kunde vara den mystiska kraften känd som "mörk energi" (DE). Detta ledde till den allmänt accepterade kosmologiska teorin som kallas lambda-modellen för kall mörk materia (LCDM).

Men CC representerar också ett av de mest betydande teoretiska problemen inom modern fysik. Liksom mörk materia föreslogs förekomsten av DE eller en återuppfunnen CC för att förklara skillnaden mellan observationer och teoretiska förutsägelser. Liksom Ptolemaios "epicykler" som användes för att rationalisera observationer som inte överensstämde med den geocentriska modellen, är CC ett antagande som är "misstänksamt exakt."

Dessutom finns de inkonsekvenser CC har med kvantfältteorin (QFT), som beskriver partiklar som konfigurationer av ett fält. Enligt QFT kommer en viss konfiguration känd som ett "vakuumtillstånd" fortfarande att existera i frånvaro av partiklar. Men om man ska tro på teorier om CC och DE skulle det innebära att det finns en ansenlig mängd energi i vakuumtillståndet.

Det enda sättet att förklara detta i termer som är acceptabla för QFT och allmän relativitet är genom att anta att bidragen från vakuumenergi och kvantfält tar ut var och en. Återigen kräver detta ett "misstänksamt exakt" sammanträffande mellan flera oberoende faktorer. I en annan riktning säger partikelfysikens standardmodell att materia består av 25 olika typer av subatomära partiklar indelade i fyra grupper (kvarkar, leptoner, mätbosoner och skalära bosoner).

Förekomsten av dessa partiklar och deras respektive egenskaper (massa, laddning och spinn) har alla verifierats genom rigorösa experiment. Den minsta avvikelse från någon av dessa egenskaper skulle avsevärt påverka hur de interagerar och beter sig, vilket leder till materiens totala instabilitet. Detsamma gäller rumtidens dimensionalitet, där tre dimensioner av rymden (som postulerats av Newton) behövs för stabila atomer och stabila planetbanor.

Ett universum med tre rumsliga dimensioner och en tidsdimension (som beskrivs av allmän relativitetsteori) är också väsentligt. Mer, säger Barnes, och atomsystemen kunde inte förbli stabila. Med andra ord, medan CC kan ge upphov till teoretiska problem, är standardmodellen och dimensionaliteten av rum-tid överensstämmande med den finjusterade modellen. Som Barnes uttryckte det:

"Den kosmologiska konstanten är oförklarad i våra ekvationer och överensstämmer med ett livstillåtande universum endast inom ett mycket litet område. Dess värde är ett omotiverat och exakt antagande, i konstanten för standardmodellerna för partikelfysik och kosmologi. Många av de andra konstanter i standardmodellen är desamma."

Frågan är då hur man löser dessa problem i våra konventionella modeller? Vad mer kan förklara det faktum att vårt universum tillåter liv medan variationer av den minsta sorten skulle göra det omöjligt? Till detta föreslår Barnes och Lewis att Multiversum kan komma till undsättning. "Kanske multiversum - vårt universum tillåter liv av en slump, och det finns massor av andra brokiga universum där ute," sa han.

Men under tiden finns det fortfarande möjligheten att eventuella inkonsekvenser eller inkonsekvenser indikerar vad sanningen är. Precis som Copernicus, som insåg att planeternas rörelser (som krävde epicykler och ekvanter för att vara meningsfulla) faktiskt var en indikation på att modellen var fel, kan finjustering vara en indikation på fysik bortom standardmodellen eller att modellen själv behöver revision.

"Jag tror att finjustering i allmänhet är en ledtråd till en djupare förklaring. Små sannolikheter kan bara vara små sannolikheter, eller så kan de genereras av några felaktiga antaganden," tillade Barnes. "Det intressanta med finjusteringen av de fundamentala konstanterna är att de är på bottenvåningen av vetenskapliga förklaringar för tillfället. De är så djupa som fysiken går (åtminstone, medan det stöds av bevis.)"

Barnes och Lewis är också ansvariga för "The Cosmic Revolutionary's Handbook:(Eller:How to Beat the Big Bang)," som ytterligare beskriver deras teorier om kosmologi och den finjusterade modellen (publicerad 2019).