Антропный принцип

«Антропическая предвзятость» перенаправляется сюда. О книге Ника Бострома см. «Антропическая предвзятость» .

Антропный принцип , также известный как эффект отбора наблюдений , представляет собой гипотезу о том, что диапазон возможных наблюдений за Вселенной ограничен тем фактом, что наблюдения возможны только в том типе Вселенной, который способен развивать разумную жизнь. . Сторонники антропного принципа утверждают, что он объясняет, почему Вселенная имеет такой возраст и фундаментальные физические константы, необходимые для существования разумной жизни. Если бы любое из них существенно отличалось, рядом не было бы никого, кто мог бы делать наблюдения. Антропные рассуждения использовались для решения вопроса о том, почему определенные измеренные физические константы принимают именно те значения, а не некоторые другие произвольные значения, а также для объяснения представления о том, что Вселенная, по-видимому, точно настроена для существования жизни .

Существует множество различных формулировок антропного принципа. Философ Ник Бостром насчитывает тридцать, но основополагающие принципы можно разделить на «слабые» и «сильные» формы, в зависимости от типов космологических утверждений, которые они влекут за собой.

Определение и основа

Принцип был сформулирован как ответ на серию наблюдений о том, что законы природы и параметры Вселенной имеют значения, которые согласуются с условиями для жизни, как они известны, а не значения, которые не согласуются с жизнью на Земле . Антропный принцип утверждает, что это апостериорная необходимость , потому что, если бы жизнь была невозможна, ни одно живое существо не могло бы ее наблюдать, и, следовательно, она была бы неизвестна. То есть должна быть возможность наблюдать какую-то вселенную, и, следовательно, законы и константы любой такой вселенной должны учитывать эту возможность.

термин антропный в «антропном принципе» Утверждается, что быть неверным термином . Выделяя наблюдаемый в настоящее время вид углеродной жизни, ни одно из тонко настроенных явлений не требует человеческой жизни или какого-то углеродного шовинизма . Подойдет любая форма жизни или любая форма тяжелого атома, камня, звезды или галактики; здесь нет ничего конкретно человеческого или антропного.

Антропный принцип вызвал некоторую путаницу и противоречия, отчасти потому, что эта фраза применялась к нескольким различным идеям. Все версии этого принципа обвинялись в том, что они препятствуют поиску более глубокого физического понимания Вселенной. Антропный принцип часто критикуют за отсутствие фальсифицируемости , и поэтому его критики могут указать, что антропный принцип является ненаучной концепцией, даже несмотря на то, что слабый антропный принцип: «условия, наблюдаемые во Вселенной, должны позволять наблюдателю существовать». «легко» поддержать в математике и философии (т. е. это тавтология или трюизм ). Однако построение предметной аргументации на тавтологической основе проблематично. Более сильные варианты антропного принципа не являются тавтологиями и, таким образом, выдвигают утверждения, которые некоторые считают спорными и которые зависят от эмпирической проверки.

Антропные наблюдения

Основная статья: Точно настроенная вселенная

В 1961 году Роберт Дике заметил, что возраст Вселенной , каким его видят живые наблюдатели, не может быть случайным. Вместо этого биологические факторы заставляют Вселенную находиться более или менее в «золотом веке», не слишком молодом и не слишком старом. Если бы Вселенная была на одну десятую старше своего нынешнего возраста, не было бы достаточно времени для создания заметных уровней металличности (уровней элементов, помимо водорода и гелия ), особенно углерода , путем нуклеосинтеза . Маленьких каменистых планет еще не существовало. Если бы Вселенная была в 10 раз старше, чем она есть на самом деле, большинство звезд были бы слишком старыми, чтобы оставаться на главной последовательности , и превратились бы в белые карлики , за исключением самых тусклых красных карликов , а стабильным планетным системам уже пришел бы конец. . Таким образом, Дикке объяснил совпадение между большими безразмерными числами, построенными на основе физических констант, и возрастом Вселенной, совпадение, которое вдохновило на переменной G. теорию Дирака

Позже Дике пришел к выводу, что плотность материи во Вселенной должна быть почти в точности той критической плотности , которая необходима для предотвращения Большого сжатия «совпадений Дике» ( аргумент ). Самые последние измерения могут предполагать, что наблюдаемая плотность барионной материи и некоторые теоретические предсказания количества темной материи составляют около 30% этой критической плотности, а остальная часть обусловлена ​​космологической постоянной . Стивен Вайнберг дал антропное объяснение этого факта: он отметил, что космологическая постоянная имеет удивительно низкое значение, примерно на 120 порядков меньше значения, которое предсказывает физика элементарных частиц (это было описано как « худшее предсказание в физике »). Однако, если бы космологическая постоянная была всего на несколько порядков больше, чем ее наблюдаемое значение, Вселенная подверглась бы катастрофической инфляции , которая препятствовала бы образованию звезд и, следовательно, жизни.

Наблюдаемые значения безразмерных физических констант (таких как константа тонкой структуры ), управляющих четырьмя фундаментальными взаимодействиями , сбалансированы, как если бы они были точно настроены, чтобы обеспечить образование обычно встречающейся материи и, как следствие, возникновение жизни. Незначительное увеличение сильного взаимодействия (до 50% у некоторых авторов) ) свяжет динейтрон и дипротон и превратит весь водород в ранней Вселенной в гелий; аналогичным образом усиление слабого взаимодействия также приведет к превращению всего водорода в гелий. Вода, а также достаточно долгоживущие стабильные звезды, необходимые для возникновения жизни, как известно, не существовали бы. В более общем смысле, небольшие изменения в относительной силе четырех фундаментальных взаимодействий могут сильно повлиять на возраст, структуру и способность Вселенной к жизни.

Источник

Фраза «антропный принцип» впервые появилась в Брэндона Картера докладе на краковском симпозиуме 1973 года , посвященном Коперника 500-летию . Картер, астрофизик-теоретик, сформулировал антропный принцип в ответ на принцип Коперника , который гласит, что люди не занимают привилегированного положения во Вселенной . Картер сказал: «Хотя наша ситуация не обязательно является центральной , она неизбежно в некоторой степени привилегирована». В частности, Картер не согласился с использованием принципа Коперника для оправдания Совершенного космологического принципа , который гласит, что все большие регионы и времена во Вселенной должны быть статистически идентичны. Последний принцип лежит в основе теории стационарного состояния , которая недавно была опровергнута открытием в 1965 году космического микроволнового фонового излучения . Это открытие стало недвусмысленным свидетельством того, что Вселенная с течением времени радикально изменилась (например, благодаря Большому взрыву ).

Картер определил две формы антропного принципа: «слабую», которая относилась только к антропному выбору привилегированных мест пространства-времени во Вселенной, и более спорную «сильную» форму, которая касалась значений фундаментальных констант физики.

Роджер Пенроуз объяснил слабую форму следующим образом:

Этот аргумент можно использовать, чтобы объяснить, почему условия оказались подходящими для существования (разумной) жизни на Земле в настоящее время. Ибо если бы они были не совсем правы, то мы оказались бы не здесь сейчас, а где-то в другом месте, в какое-то другое подходящее время. Этот принцип очень эффективно использовался Брэндоном Картером и Робертом Дике для решения проблемы, которая долгие годы озадачивала физиков. Проблема касалась различных поразительных числовых соотношений, которые наблюдаются между физическими константами ( гравитационной постоянной , массой протона , возрастом Вселенной и т. д.). Загадочным аспектом этого было то, что некоторые из этих отношений справедливы только в нынешнюю эпоху истории Земли, поэтому мы, по совпадению, живем в совершенно особенное время (плюс-минус несколько миллионов лет!). Позже Картер и Дике объяснили это тем, что эта эпоха совпала с жизнью так называемых звезд главной последовательности , таких как Солнце. В любую другую эпоху, как утверждал этот аргумент, вокруг не было бы разумной жизни, которая могла бы измерить рассматриваемые физические константы, поэтому совпадение должно было иметь место просто потому, что существовало бы разумная жизнь вокруг только в тот конкретный момент, когда произошло совпадение!

— Новый разум Императора , глава 10

Одна из причин, по которой это правдоподобно, заключается в том, что существует множество других мест и времен, в которых люди могли развиваться. Но если применить сильный принцип, то окажется, что существует только одна Вселенная с одним набором фундаментальных параметров, так в чем именно заключается суть? Картер предлагает две возможности: во-первых, люди могут использовать свое собственное существование, чтобы делать «предсказания» относительно параметров. Но во-вторых, «в крайнем случае», люди могут превратить эти предсказания в объяснения , предполагая, что существует более одной вселенной, на самом деле это большая и, возможно, бесконечная совокупность вселенных, то, что сейчас называется мультивселенной ( «мировой ансамбль»). был термин Картера), в котором параметры (и, возможно, законы физики) различаются в зависимости от вселенных. Тогда сильный принцип становится примером эффекта отбора , точно аналогичного слабому принципу. Постулирование мультивселенной, безусловно, является радикальным шагом, но его принятие может дать хотя бы частичный ответ на вопрос, который, казалось бы, находится за пределами досягаемости нормальной науки: «Почему фундаментальные законы физики принимают именно ту форму, которую мы наблюдаем, а не другую?»

Со времени статьи Картера 1973 года термин «антропный принцип» был расширен и теперь охватывает ряд идей, которые во многом отличаются от его идей. Особую путаницу вызвала книга «Антропный космологический принцип» и Джона Д. Барроу Фрэнка Типлера 1986 года . который различал «слабый» и «сильный» антропный принцип совсем не так, как Картер, как обсуждается в следующем разделе.

Картер был не первым, кто использовал ту или иную форму антропного принципа. Фактически, биолог-эволюционист Альфред Рассел Уоллес предвосхитил антропный принцип еще в 1904 году: «Такая обширная и сложная Вселенная, какая, как мы знаем, существует вокруг нас, могла быть абсолютно необходима [...] для того, чтобы создать мир, который должен быть точно приспособлен во всех деталях для упорядоченного развития жизни, кульминацией которого является человек». В 1957 году Роберт Дике писал: «Возраст Вселенной «сейчас» не случаен, а обусловлен биологическими факторами [...] [изменения в значениях фундаментальных констант физики] помешали бы существованию человека рассматривать проблема."

Людвиг Больцман, возможно, был одним из первых в современной науке, кто использовал антропное мышление. До познания о Больцмане термодинамические концепции Больцмана рисовали картину Вселенной с необъяснимо низкой энтропией . Больцман предложил несколько объяснений, одно из которых основывалось на флуктуациях, которые могли создавать карманы с низкой энтропией или больцмановские вселенные. Хотя большая часть Вселенной в этой модели не имеет особенностей, по мнению Больцмана, неудивительно, что человечество населяет больцмановскую вселенную, поскольку это единственное место, где может существовать разумная жизнь.

Варианты

Слабый антропный принцип (WAP) ( Картер ): «...наше местоположение во Вселенной обязательно является привилегированным в той степени, в которой оно совместимо с нашим существованием в качестве наблюдателей». Для Картера «местоположение» относится к нашему местоположению как во времени, так и в пространстве.

Сильный антропный принцип (SAP) (Картер): «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры , от которых она зависит) должна быть такой, чтобы на определенном этапе допускать создание внутри нее наблюдателей. Перефразируя Декарта , cogito ergo mundus талис есть .»
Латинский тег («Я мыслю, следовательно, мир таков [какой он есть]») дает понять, что «должен» указывает на вывод из факта нашего существования; Таким образом, это утверждение является трюизмом .

В своей книге 1986 года «Антропный космологический принцип » Джон Барроу и Фрэнк Типлер отходят от Картера и определяют WAP и SAP следующим образом:

Слабый антропный принцип (WAP) (Бэрроу и Типлер): «Наблюдаемые значения всех физических и космологических величин не одинаково вероятны, но они принимают значения, ограниченные требованием существования мест, где углеродная жизнь может развиваться , и требованиями что Вселенная достаточно стара, чтобы это уже произошло».
В отличие от Картера, они ограничивают этот принцип жизнью, основанной на углероде, а не просто «наблюдателями». Более важное отличие состоит в том, что они применяют WAP к фундаментальным физическим константам, таким как константа тонкой структуры , число измерений пространства-времени и космологическая постоянная — темам, которые подпадают под Картеровский SAP.

Сильный антропный принцип (САП) (Бэрроу и Типлер): «Вселенная должна обладать такими свойствами, которые позволяют жизни развиваться в ней на определенном этапе ее истории».
Это очень похоже на SAP Картера, но, в отличие от SAP Картера, «должен» является императивом, о чем свидетельствуют следующие три возможных варианта развития SAP, каждый из которых предложен Барроу и Типлером:

• «Существует одна возможная Вселенная, «созданная» с целью создания и поддержания «наблюдателей».

  Это можно рассматривать как просто классический аргумент замысла , переформулированный в облике современной космологии . Это подразумевает, что цель Вселенной — дать начало разумной жизни , а законы природы и их фундаментальные физические константы призваны гарантировать возникновение и развитие жизни.

• «Наблюдатели необходимы, чтобы создать Вселенную».

  Бэрроу и Типлер полагают, что это правильный вывод из квантовой механики , как Джон Арчибальд Уилер предположил , особенно благодаря его идее о том, что информация является фундаментальной реальностью (см . «Оно из бита ») и его антропному принципу участия (PAP), который является интерпретацией квантовая механика связана с идеями Джона фон Неймана и Юджина Вигнера .

• «Для существования нашей Вселенной необходим ансамбль других различных вселенных».

  Напротив, Картер просто говорит, что ансамбль вселенных необходим для того, чтобы SAP могла считаться объяснением.

Философы Джон Лесли и Ник Бостром отвергнуть SAP Барроу и Типлера как фундаментальное неверное толкование Картера. По мнению Бострома, антропный принцип Картера всего лишь предостерегает нас от необходимости принимать во внимание антропную предвзятость — то есть предвзятость, создаваемую эффектами антропного отбора (которые Бостром называет эффектами отбора «наблюдения») — необходимость существования наблюдателей для получения результата. Он пишет:

Многие «антропные принципы» просто запутаны. Некоторые из них, особенно те, которые черпают вдохновение из основополагающих работ Брэндона Картера, здравы, но... они слишком слабы, чтобы заниматься какой-либо настоящей научной работой. В частности, я утверждаю, что существующая методология не позволяет вывести какие-либо наблюдательные следствия из современных космологических теорий, хотя эти теории совершенно очевидно могут быть проверены и проверяются астрономами эмпирически. Что необходимо для преодоления этого методологического разрыва, так это более адекватная формулировка того, как эффекты отбора наблюдений. следует учитывать

— Антропная предвзятость , Введение

Сильное предположение самовыборки (SSSA) ( Бостром ): «Каждый момент-наблюдатель должен рассуждать так, как если бы он был случайно выбран из класса всех моментов-наблюдателей в его эталонном классе».
Анализ опыта наблюдателя на последовательность «моментов наблюдателя» помогает избежать определенных парадоксов; но главная двусмысленность заключается в выборе соответствующего «эталонного класса»: для WAP Картера это может соответствовать всем реальным или потенциальным моментам-наблюдателям в нашей вселенной; для SAP, для всех в мультивселенной. Математические разработки Бострома показывают, что выбор слишком широкого или слишком узкого эталонного класса приводит к противоречивым результатам, но он не может предписать идеальный выбор.

По мнению Юргена Шмидхубера , антропный принцип по сути просто говорит, что условная вероятность оказаться во вселенной, совместимой с вашим существованием, всегда равна 1. Он не допускает каких-либо дополнительных нетривиальных предсказаний типа «гравитация не изменится завтра». Чтобы получить большую предсказательную силу, дополнительные предположения об априорном распределении альтернативных вселенных . необходимы

Драматург и писатель Майкл Фрейн описывает форму сильного антропного принципа в своей книге 2006 года «Человеческое прикосновение» , в которой исследуется то, что он характеризует как «центральную странность Вселенной»:

Это простой парадокс. Вселенная очень старая и очень большая. Человечество, по сравнению с ним, представляет собой лишь крошечное нарушение в одном маленьком его уголке, причем совсем недавнее. Однако Вселенная очень большая и очень старая только потому, что мы здесь для того, чтобы сказать, что она есть... И все же, конечно, мы все прекрасно знаем, что она такая, какая есть, независимо от того, находимся мы здесь или нет.

Характер антропного рассуждения

Картер решил сосредоточиться на тавтологическом аспекте своих идей, что привело к большой путанице. Фактически, антропные рассуждения интересуют ученых из-за того, что только неявно содержится в приведенных выше формальных определениях, а именно, что люди должны серьезно учитывать существование других вселенных с другими значениями «фундаментальных параметров», то есть безразмерных физических констант и начальные условия Большого взрыва . Картер и другие утверждали, что в большинстве таких вселенных жизнь невозможна. Другими словами, Вселенная, в которой живут люди, идеально приспособлена для существования жизни. Коллинз и Хокинг (1973) охарактеризовали тогда еще неопубликованную большую идею Картера как постулат о том, что «существует не одна вселенная, а целый бесконечный ансамбль вселенных со всеми возможными начальными условиями». Если это допустить, антропный принцип дает правдоподобное объяснение тонкой настройки нашей Вселенной: «типичная» Вселенная не настроена точно, но при наличии достаточного количества вселенных небольшая часть будет способна поддерживать разумную жизнь. Наш, должно быть, один из них, и поэтому наблюдаемая тонкая настройка не должна вызывать удивления.

Хотя философы обсуждали связанные концепции на протяжении веков, в начале 1970-х годов единственной подлинной физической теорией, создавшей своего рода мультивселенную, была многомировая интерпретация квантовой механики . Это позволило бы варьировать начальные условия, но не действительно фундаментальные константы. С тех пор был предложен ряд механизмов создания мультивселенной: см. обзор Макса Тегмарка . Важным событием 1980-х годов стало объединение теории инфляции с гипотезой о том, что некоторые параметры определяются нарушением симметрии в ранней Вселенной, что позволяет параметрам, ранее считавшимся «фундаментальными константами», изменяться на очень больших расстояниях, тем самым стирая различие. между слабыми и сильными принципами Картера. В начале XXI века струнный ландшафт возник как механизм изменения практически всех констант, включая число пространственных измерений.

Антропная идея о том, что фундаментальные параметры выбираются из множества различных возможностей (каждая из которых актуальна в той или иной вселенной), контрастирует с традиционной надеждой физиков на теорию всего, не имеющую свободных параметров. Как сказал Альберт Эйнштейн : «Что меня действительно интересует, так это то, был ли у Бога какой-либо выбор при сотворении мира». В 2002 году некоторые сторонники ведущего кандидата в «теорию всего», теории струн , провозгласили «конец антропного принципа». поскольку свободных параметров для выбора не будет. Однако в 2003 году Леонард Сасскинд заявил: «... кажется правдоподобным, что ландшафт невообразимо велик и разнообразен. Именно такое поведение подтверждает антропный принцип».

Современная форма аргументации замысла представляет собой разумный замысел . Сторонники разумного замысла часто ссылаются на наблюдения по точной настройке , которые (частично) предшествовали формулировке Картером антропного принципа, как доказательство существования разумного замысла. Противники разумного замысла не ограничиваются теми, кто выдвигает гипотезу о существовании других вселенных; они также могут утверждать (антиантропно), что Вселенная менее точно настроена, чем часто утверждается, или что принятие точной настройки как грубого факта менее удивительно, чем идея разумного творца. Более того, даже с учетом тонкой настройки, Sober (2005) и Икеда и Джефферис , утверждают, что антропный принцип в традиционном понимании на самом деле подрывает разумный замысел.

Пола Дэвиса В книге «Загадка Златовласки» (2006) подробно рассматривается текущее состояние дебатов о тонкой настройке и в заключение перечисляются следующие ответы на эти дебаты:

1. Абсурдная вселенная: Наша вселенная просто такая, какая она есть.
2. Уникальная Вселенная. В физике существует глубокое единство, которое требует, чтобы Вселенная была такой, какая она есть. « Теория всего» объяснит, почему различные характеристики Вселенной должны иметь именно те значения, которые были записаны.
3. Мультивселенная: существует множество вселенных, имеющих все возможные комбинации характеристик, и люди неизбежно оказываются внутри вселенной, которая позволяет нам существовать.
4. Разумный замысел: Создатель создал Вселенную с целью поддержать сложность и появление разума.
5. Жизненный принцип: существует основополагающий принцип, который заставляет Вселенную развиваться в направлении жизни и разума.
6. Самообъясняющая вселенная: замкнутая объяснительная или причинно-следственная петля: «возможно, могут существовать только вселенные, обладающие способностью к сознанию». Это антропный принцип участия Уиллера (ПАП).
7. Фальшивая вселенная: люди живут внутри симуляции виртуальной реальности .

Здесь опущена Ли Смолина модель космологического естественного отбора , также известная как плодородные вселенные , которая предполагает, что у вселенных есть «потомство», более многочисленное, если они напоминают нашу Вселенную. См. также Гарднер (2005).

Очевидно, что каждая из этих гипотез решает некоторые аспекты загадки, оставляя другие без ответа. Последователи Картера признали бы только вариант 3 в качестве антропного объяснения, тогда как варианты с 3 по 6 охватываются различными версиями SAP Барроу и Типлера (которые также включали бы 7, если бы его считали вариантом 4, как в Tipler 1994).

Антропный принцип, по крайней мере в том виде, в каком его задумал Картер, может применяться в масштабах, гораздо меньших, чем вся Вселенная. Например, Картер (1983). перевернул обычную линию рассуждений и указал, что при интерпретации эволюционных данных необходимо принимать во внимание космологические и астрофизические соображения. Имея это в виду, Картер пришел к выводу, что, учитывая наилучшие оценки возраста Вселенной , эволюционная цепочка, кульминацией которой является Homo sapiens, вероятно, допускает только одно или два маловероятных звена.

Наблюдательные данные

Никакие возможные наблюдательные данные не имеют отношения к WAP Картера, поскольку это просто совет ученому и не утверждает ничего спорного. Очевидным испытанием SAP Барроу, в котором говорится, что Вселенная «необходима» для поддержания жизни, является поиск доказательств существования жизни во вселенных, отличных от нашей. Любая другая вселенная, по большинству определений, ненаблюдаема (иначе она была бы включена в нашу часть этой вселенной). ). Таким образом, в принципе SAP Барроу нельзя фальсифицировать, наблюдая за вселенной, в которой не может существовать наблюдатель.

Философ Джон Лесли утверждает, что Картер SAP (с мультивселенной ) предсказывает следующее:

• Физическая теория будет развиваться так, чтобы укрепить гипотезу о том, что ранние фазовые переходы происходят вероятностно, а не детерминированно, и в этом случае не будет глубокой физической причины для значений фундаментальных констант;
• Различные теории создания множественных вселенных окажутся надежными;
• Доказательства того, что Вселенная точно настроена, будут продолжать накапливаться;
• Никакая жизнь с неуглеродным химическим составом не будет обнаружена;
• Математические исследования формирования галактик подтвердят, что оно чувствительно к скорости расширения Вселенной .

Хоган подчеркнул, что было бы очень странно, если бы все фундаментальные константы были строго определены, поскольку это не оставило бы нас без готового объяснения кажущейся точной настройки. Фактически, людям, возможно, придется прибегнуть к чему-то похожему на SAP Барроу и Типлера: в такой вселенной не будет возможности не поддерживать жизнь.

Вероятностные прогнозы значений параметров могут быть сделаны с учетом:

1. конкретная мультивселенная с « мерой », то есть с четко определенной «плотностью вселенных» (так, для параметра X можно вычислить априорную вероятность P ( X ₀ ) dX того, что X находится в диапазоне X ₀ < X ​​< X ₀ + dX ) и
2. оценка количества наблюдателей в каждой вселенной, N ( X ) (например, это можно считать пропорциональным количеству звезд во Вселенной).

Тогда вероятность наблюдения значения X пропорциональна N ( X ) P ( X ) . Общей особенностью анализа такого рода является то, что ожидаемые значения фундаментальных физических констант не должны быть «перенастроены», т.е. если существует какое-то идеально настроенное прогнозируемое значение (например, ноль), наблюдаемое значение не должно быть ближе к эта прогнозируемая ценность, чем то, что требуется, чтобы сделать жизнь возможной. Небольшое, но конечное значение космологической постоянной в этом смысле можно рассматривать как успешное предсказание.

Единственное, что не может считаться доказательством антропного принципа, — это свидетельство того, что Земля или Солнечная система занимают привилегированное положение во Вселенной, что нарушает принцип Коперника (возможные контрдоказательства этому принципу см. в Принципе Коперника ), если только не существует было некоторое основание думать, что эта позиция была необходимым условием нашего существования в качестве наблюдателей.

Применение принципа

Нуклеосинтез углерода-12

Фред Хойл, возможно, прибегнул к антропным рассуждениям, чтобы предсказать астрофизическое явление. Говорят, что на основании преобладания на Земле форм жизни, химия которых была основана на ядрах углерода-12 должен существовать неоткрытый резонанс , он пришел к выводу, что в ядре углерода-12 , способствующий его синтезу в недрах звезд посредством процесса тройного альфа. . Затем он рассчитал энергию этого неоткрытого резонанса в 7,6 миллиона электронвольт . Исследовательская группа Уилли Фаулера вскоре обнаружила этот резонанс, и его измеренная энергия оказалась близка к предсказанию Хойла.

Однако в 2010 году Хельге Краг утверждал, что Хойл не использовал антропные рассуждения при создании своего предсказания, поскольку он сделал свое предсказание в 1953 году, а антропные рассуждения не приобрели известность до 1980 года. Он назвал это «антропным мифом», заявив, что Хойл и другие установили связь между углеродом и жизнью спустя десятилетия после открытия резонанса.

Исследование исторических обстоятельств предсказания и его последующее экспериментальное подтверждение показывают, что Хойл и его современники вообще не связывали уровень в ядре углерода с жизнью.

Космическая инфляция

Основная статья: Космическая инфляция

Дон Пейдж раскритиковал всю теорию космической инфляции следующим образом. Он подчеркнул, что начальные условия, которые сделали возможной термодинамическую стрелу времени во Вселенной, возникшей в результате Большого взрыва , должны включать предположение о том, что в начальной сингулярности энтропия Вселенной была низкой и, следовательно, крайне маловероятной. Пол Дэвис опроверг эту критику, сославшись на инфляционную версию антропного принципа. Хотя Дэвис принял предпосылку, что начальное состояние видимой Вселенной (которая перед расширением заполняла микроскопический объем пространства) должно было обладать очень низким значением энтропии – из-за случайных квантовых флуктуаций – чтобы объяснить наблюдаемую термодинамическую стрелу времени, он считал этот факт преимуществом для теории. Тот факт, что крошечный участок пространства, из которого выросла наша наблюдаемая Вселенная, должен был быть чрезвычайно упорядоченным, чтобы позволить постинфляционной Вселенной иметь стрелу времени, делает ненужным принятие каких-либо «специальных» гипотез о начальном состоянии энтропии, гипотез этого требуют другие теории Большого Взрыва.

Теория струн

Основная статья: Ландшафт теории струн

Теория струн предсказывает большое количество возможных вселенных, называемых «фонами» или «вакуумами». Совокупность этих вакуумов часто называют « мультивселенной », « антропным ландшафтом » или «струнным ландшафтом». Леонард Сасскинд утверждал, что существование большого количества вакуумов ставит антропные рассуждения на прочную основу: наблюдаются только вселенные, свойства которых позволяют наблюдателям существовать, в то время как, возможно, гораздо больший набор вселенных, лишенных таких свойств, остается незамеченным.

Стивен Вайнберг считает, что антропный принцип может быть присвоен космологами , приверженными нетеизму , и называет этот принцип «поворотным моментом» в современной науке, поскольку его применение к струнному ландшафту «может объяснить, как константы природы, которые мы наблюдаем, могут принимать значения, подходящие для жизнь без тонкой настройки со стороны доброжелательного творца». Другие — в первую очередь Дэвид Гросс , а также Любош Мотл , Питер Войт и Ли Смолин — утверждают, что это не является прогнозирующим фактором. Макс Тегмарк , Марио Ливио и Мартин Рис утверждают, что только некоторые аспекты физической теории должны быть наблюдаемыми и/или проверяемыми, чтобы теория была принята, и что многие общепризнанные теории в настоящее время далеко не полностью проверяемы.

Юрген Шмидхубер (2000–2002) указывает, что Рэя Соломонова и теория универсального индуктивного вывода ее расширения уже обеспечивают основу для максимизации нашей уверенности в любой теории с учетом ограниченной последовательности физических наблюдений и некоторого предварительного распределения на множестве возможные объяснения Вселенной.

Чжи-Вэй Ван и Сэмюэл Л. Браунштейн доказали, что существование жизни во Вселенной зависит от различных фундаментальных констант. Это предполагает, что без полного понимания этих констант можно ошибочно воспринимать Вселенную как разумно созданную для жизни. Эта точка зрения бросает вызов мнению, что наша Вселенная уникальна в своей способности поддерживать жизнь.

Измерения пространства-времени

Свойства ( n + m ) -мерного пространства-времени

Существует два вида измерений: пространственные (двунаправленные) и временные (однонаправленные). Пусть количество пространственных измерений равно N , а количество временных измерений равно T . Тот факт , что N = 3 и T = 1 , если оставить в стороне компактифицированные измерения, используемые теорией струн и которые до сих пор не обнаружены, можно объяснить, обратившись к физическим последствиям, когда N отличается от 3, а T отличается от 1. антропный характер и, возможно, первый в своем роде, хотя и до того, как полная концепция вошла в моду.

Неявное представление о том, что размерность Вселенной особенная, впервые приписывается Готфриду Вильгельму Лейбницу , который в « Рассуждениях о метафизике» предположил, что мир есть « тот, который одновременно является самым простым в гипотезах и самым богатым в явлениях ». Иммануил Кант утверждал, что трехмерное пространство является следствием закона обратных квадратов всемирного тяготения . Хотя аргумент Канта имеет историческое значение, Джон Д. Барроу сказал, что он «переносит суть с самого начала: именно трехмерность пространства объясняет, почему мы видим в Природе законы силы обратных квадратов, а не наоборот». (Барроу 2002:204).

В 1920 году Пауль Эренфест что если существует только одно временное измерение и более трех пространственных измерений, орбита планеты показал , вокруг Солнца не может оставаться стабильной. То же самое относится и к орбите звезды вокруг центра ее галактики . Эренфест также показал, что если пространственных измерений четное количество, то разные части волнового импульса будут двигаться с разной скоростью. Если есть $5+2k$ пространственных измерениях, где k — целое положительное число, то волновые импульсы искажаются. В 1922 году Герман Вейль заявил, что быть теория электромагнетизма Максвелла может выражена через действие только для четырехмерного многообразия. Наконец, Тангерлини показал в 1963 году, что когда существует более трех пространственных измерений, электронные орбитали вокруг ядер не могут быть стабильными; электроны либо упадут в ядро , либо рассеются.

Макс Тегмарк развивает предыдущий аргумент в следующей антропной манере. Если T отличается от 1, поведение физических систем не может быть надежно предсказано на основе знания соответствующих уравнений в частных производных . В такой вселенной не могла бы возникнуть разумная жизнь, способная манипулировать технологиями. Более того, если T > 1 , Тегмарк утверждает, что протоны и электроны были бы нестабильными и могли бы распадаться на частицы, имеющие большую массу, чем они сами. (Это не проблема, если частицы имеют достаточно низкую температуру.) Наконец, если N < 3 , гравитация любого рода становится проблематичной, и Вселенная, вероятно, будет слишком простой, чтобы содержать наблюдателей. Например, когда N < 3 , нервы не могут пересекаться, не пересекаясь. Следовательно, антропные и другие аргументы исключают все случаи, кроме N = 3 и T = 1 , которые описывают мир вокруг нас.

С другой стороны, учитывая создание черных дыр из идеального одноатомного газа под действием его самогравитации, Вэй-Сян Фэн показал, что (3 + 1) -мерное пространство-время является предельной размерностью. Более того, именно уникальная размерность может позволить себе «стабильную» газовую сферу с «положительной» космологической постоянной . Однако самогравитирующий газ не может быть устойчиво связан, если массовая сфера превышает ~10 ²¹ солнечных масс из-за небольшой положительности наблюдаемой космологической постоянной.

В 2019 году Джеймс Скаргилл утверждал, что сложная жизнь возможна в двух пространственных измерениях. По мнению Скаргилла, чисто скалярная теория гравитации может учитывать локальную гравитационную силу, а двумерных сетей может быть достаточно для сложных нейронных сетей.

Метафизические интерпретации

Некоторые из метафизических споров и спекуляций включают, например, попытки поддержать Пьером Тейяром де Шарденом более раннюю интерпретацию Вселенной как сосредоточенной на Христе (ср. Точка Омега ), выражая creatio evolutiva вместо более старого понятия creatio continua . Со строго светской, гуманистической точки зрения, это также позволяет вернуть людей в центр, что является антропогенным сдвигом в космологии. Карл В. Гиберсон лаконично заявил, что

Возникает предположение, что космология, возможно, наконец-то располагает неким сырьем для постмодернистского мифа о сотворении мира.

- Карл В. Гиберсон

Уильям Симс Бейнбридж не согласился с оптимизмом де Шардена относительно будущей точки Омеги в конце истории, утверждая, что логически люди оказались в ловушке точки Омикрона, в середине греческого алфавита, а не продвигались к концу, потому что Вселенная не движется к концу истории. должны иметь какие-либо характеристики, которые поддерживали бы наш дальнейший технический прогресс, если антропный принцип просто требует, чтобы они были пригодны для нашей эволюции до этого момента.

Антропный космологический принцип

Тщательное дошедшее до нас исследование антропного принципа представляет собой книга «Антропный космологический принцип» , написанная Джоном Д. Барроу космологом и космологом Фрэнком Дж. Типлером . - физиком математиком и В этой книге подробно излагаются многие известные антропные совпадения и ограничения, в том числе многие из них, обнаруженные ее авторами. Хотя книга представляет собой в первую очередь работу по теоретической астрофизике , она также затрагивает квантовую физику , химию и науку о Земле . Целая глава утверждает, что Homo sapiens , с высокой вероятностью, является единственным разумным видом в Млечном Пути .

Книга начинается с обширного обзора многих тем из истории идей, которые, по мнению авторов, имеют отношение к антропному принципу, поскольку авторы считают, что этот принцип имеет важные предшественники в понятиях телеологии и разумного замысла . Они обсуждают труды Фихте , Гегеля , Бергсона и Альфреда Норта Уайтхеда , а также Точки Омега космологию Тейяра де Шардена . Бэрроу и Типлер тщательно отличают телеологическое рассуждение от эвтаксиологического рассуждения; первый утверждает, что порядок должен иметь последовательную цель; последний утверждает более скромно, что порядок должен иметь запланированную причину. Они приписывают это важное, но почти всегда упускаемое из виду различие малоизвестной книге Л. Е. Хикса, вышедшей в 1883 году.

Не видя особого смысла в принципе, требующем возникновения разумной жизни, оставаясь безразличными к возможности ее окончательного исчезновения, Барроу и Типлер предлагают последний антропный принцип (FAP): во Вселенной должна появиться интеллектуальная обработка информации, и, как только она появится, появляется, оно никогда не умрет.

Бэрроу и Типлер утверждают, что FAP является одновременно действительным физическим утверждением и «тесно связан с моральными ценностями». FAP накладывает строгие ограничения на структуру Вселенной , Типлера ограничения, получившие дальнейшее развитие в «Физике бессмертия» . Одним из таких ограничений является то, что Вселенная должна закончиться Большим сжатием , что кажется маловероятным, учитывая предварительные выводы, сделанные с 1998 года о темной энергии , основанные на наблюдениях очень далеких сверхновых .

В своем обзоре Что касается Барроу и Типлера, Мартин Гарднер высмеял ФАП, процитировав последние два предложения их книги, определяющие совершенно нелепый антропный принцип (CRAP):

В момент достижения Точки Омега жизнь получит контроль над всей материей и силами не только в одной вселенной, но и во всех вселенных, существование которых логически возможно; жизнь распространится во все пространственные регионы всех вселенных, которые могут логически существовать, и будет хранить бесконечное количество информации, включая все кусочки знания, которые логически возможно познать. И это конец.

Прием и споры

Картер часто выражал сожаление по поводу своего собственного выбора слова «антропный», поскольку оно создает обманчивое впечатление, что этот принцип касается, в частности, людей , исключая нечеловеческий интеллект в более широком смысле. Другие раскритиковали слово «принцип» как слишком грандиозное для описания прямого применения эффектов отбора .

Распространенная критика Картера SAP состоит в том, что это простой deus ex machina , который препятствует поиску физических объяснений. Еще раз процитируем Пенроуза: «Теоретики склонны прибегать к нему всякий раз, когда у них нет достаточно хорошей теории, чтобы объяснить наблюдаемые факты».

SAP Картера, а также WAP Барроу и Типлера были отвергнуты как трюизмы или тривиальные тавтологии — то есть утверждения, истинные исключительно в силу их логической формы , а не потому, что выдвигаются существенные утверждения и подтверждаются наблюдениями за реальностью. По существу, их критикуют как тщательно продуманный способ сказать: «Если бы все было по-другому, они были бы другими». которое является действительным утверждением, но не претендует на какую-то фактическую альтернативу перед другой.

Критики SAP Барроу и Типлера утверждают, что ее нельзя ни проверить, ни фальсифицировать , и, таким образом, это не научное утверждение , а скорее философское. Та же самая критика была высказана и против гипотезы мультивселенной , хотя некоторые утверждают, что что он делает фальсифицируемые прогнозы. Модифицированная версия этой критики заключается в том, что человечество так мало понимает о возникновении жизни, особенно разумной жизни, что практически невозможно подсчитать количество наблюдателей в каждой вселенной. Кроме того, априорное распределение вселенных как функция фундаментальных констант легко модифицируется для получения любого желаемого результата.

Многие критические замечания сосредотачиваются на версиях сильного антропного принципа, таких как антропный космологический принцип Барроу и Типлера , которые представляют собой телеологические понятия, которые имеют тенденцию описывать существование жизни как необходимую предпосылку для наблюдаемых констант физики. Точно так же Стивен Джей Гулд , Майкл Шермер , а другие утверждают, что более сильные версии антропного принципа, похоже, обращают вспять известные причины и следствия. Гулд сравнил утверждение о том, что Вселенная настроена на благо нашего образа жизни, с утверждением, что сосиски были сделаны длинными и узкими, чтобы они могли поместиться в современные булочки для хот-догов, или с утверждением, что корабли были изобретены для размещения ракушек . Эти критики ссылаются на обширные физические, ископаемые, генетические и другие биологические доказательства, подтверждающие, что жизнь была точно настроена посредством естественного отбора для адаптации к физической и геофизической среде, в которой существует жизнь. Жизнь, похоже, адаптировалась к Вселенной, а не наоборот.

Некоторые применения антропного принципа подвергались критике как аргумент из-за отсутствия воображения , за молчаливое предположение, что соединения углерода и вода являются единственно возможными химическими процессами жизни (иногда это называется « углеродным шовинизмом », см. также альтернативную биохимию ). Диапазон фундаментальных физических констант, соответствующих эволюции углеродной жизни, также может быть шире, чем сторонники точно настроенной Вселенной . утверждают Например, Харник и др. предложить Бесслабую Вселенную , в которой слабое ядерное взаимодействие устранено. Они показывают, что это не оказывает существенного влияния на другие фундаментальные взаимодействия при условии внесения некоторых корректировок в то, как эти взаимодействия работают. Однако если бы некоторые тонко настроенные детали нашей Вселенной были нарушены, это исключило бы сложные структуры любого рода — звезды , планеты , галактики и т. д.

Ли Смолин предложил теорию, призванную исправить недостаток воображения, в котором обвиняют антропные принципы. Он выдвигает свою теорию плодородных вселенных , которая предполагает, что вселенные имеют «потомков» в результате создания черных дыр , чьи вселенные-потомки имеют значения физических констант, которые зависят от констант материнской вселенной.

Философы космологии Джон Эрман Эрнан Макмаллин , и Хесус Мостерин утверждают, что «в своей слабой версии антропный принцип представляет собой простую тавтологию, которая не позволяет нам объяснить или предсказать что-либо, чего мы еще не знали. В своей сильной версии это необоснованная спекуляция». Дальнейшая критика Мостерина касается ошибочного «антропного» вывода из предположения о бесконечности миров в пользу существования такого, как наш:

Предположение о том, что бесконечность объектов, характеризующихся определенными числами или свойствами, предполагает существование среди них объектов с любой комбинацией этих чисел или характеристик [...] ошибочно. Бесконечность вовсе не означает, что какое-либо расположение присутствует или повторяется. [...] Предположение о том, что все возможные миры реализуются в бесконечной вселенной, эквивалентно утверждению, что любой бесконечный набор чисел содержит все числа (или, по крайней мере, все числа Гёделя [определяющих] последовательностей), что очевидно неверно. .

См. также

• Формула Бога - Роман Хосе Родригеша душ Сантуша (обсуждение антропного принципа)
• Антропоцентризм – вера в то, что люди – самые важные существа на свете.
• Артур Шопенгауэр – немецкий философ (1788–1860) (непосредственный предшественник идеи)
• Big Bounce – Модель происхождения Вселенной
• Принцип Коперника - Принцип, согласно которому люди не являются привилегированными наблюдателями Вселенной.
• Аргумент Судного дня - Сценарий Судного дня в отношении человеческого рождения
• Парадокс Ферми - несоответствие между отсутствием доказательств развитой инопланетной жизни и очевидно высокой вероятностью ее существования.
• Принцип Златовласки – Аналогия для оптимальных условий
• Великий Фильтр – Гипотеза о препятствиях на пути формирования межзвездных цивилизаций
• Теорема о бесконечных обезьянах – противоречивый результат по вероятности
• Обратная ошибка игрока - формальная ошибка байесовского вывода
• Гипотеза математической вселенной - Космологическая теория
• Проблема меры (космология) - концепция космологии.
• Принцип посредственности - Философская концепция
• Метафизический натурализм - философское мировоззрение, отвергающее все сверхъестественное.
• Неокатастрофизм - Гипотеза об отсутствии обнаруженных инопланетян.
• Точно настроенная Вселенная - Гипотеза о жизни во Вселенной.
• Масса кварка и близость к жизни – физик из Коста-Рики (работа Алехандро Дженкинса)
• Гипотеза редкой Земли - гипотеза о том, что сложная внеземная жизнь маловероятна и крайне редка.
• Задача о Спящей красавице – Математическая задача
• Процесс тройного альфа - цепочка реакций ядерного синтеза, превращающая гелий в углерод.
• Почему вообще что-то существует – Метафизические вопросы. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.

Ссылки

• Барроу, Джон Д .; Типлер, Фрэнк Дж. (1986). Антропный космологический принцип (1-е изд.). Издательство Оксфордского университета . ISBN  978-0-19-282147-8 . LCCN   87028148 .
• Бостром, Н. (2002), Антропная предвзятость: эффекты отбора наблюдений в науке и философии , Routledge, ISBN  978-0-415-93858-7 5 глав доступны онлайн. Архивировано 26 августа 2006 г. в Wayback Machine.
• Чиркович, ММ (2002). «О первом антропном аргументе в астробиологии». Земля, Луна и планеты . 91 (4): 243–254. arXiv : astro-ph/0306185 . Бибкод : 2002EM&P...91..243C . дои : 10.1023/A:1026266630823 . S2CID   17341587 .
• Чиркович, ММ (2004). «Антропный принцип и продолжительность космологического прошлого». Астрономические и астрофизические труды . 23 (6): 567–597. arXiv : astro-ph/0505005 . Бибкод : 2004A&AT...23..567C . дои : 10.1080/10556790412331335327 . S2CID   6068309 .
• Конвей Моррис, Саймон (2003). Жизненное решение: Неизбежные люди в одинокой Вселенной . Издательство Кембриджского университета.
• Крейг, Уильям Лейн (1987). «Критический обзор антропного космологического принципа ». Международный философский ежеквартальный журнал . 27 (4): 437–47. дои : 10.5840/ipq198727433 .
• Хокинг, Стивен В. (1988). Краткая история времени . Нью-Йорк: Книги Бантама. п. 174 . ISBN  978-0-553-34614-5 .
• Стенгер, Виктор Дж. (1999), «Антропный дизайн», Скептический исследователь 23 (31 августа 1999 г.): 40–43.
• Мостерин, Хесус (2005). «Антропные объяснения в космологии». В П. Хайеке, Л. Вальдесе и Д. Вестерстале (ред.), Логика, методология и философия науки, Труды 12-го международного конгресса LMPS . Лондон: публикации Королевского колледжа, стр. 441–473. ISBN   1-904987-21-4 .
• Тейлор; Стюарт Росс (1998). Судьба или случай: Наша Солнечная система и ее место в космосе . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-78521-1 .
• Тегмарк, Макс (1997). «О размерности пространства-времени» . Классическая и квантовая гравитация . 14 (4): Л69–Л75. arXiv : gr-qc/9702052 . Бибкод : 1997CQGra..14L..69T . дои : 10.1088/0264-9381/14/4/002 . S2CID   15694111 . Простой антропный аргумент в пользу того, почему существует 3 пространственных и 1 временное измерение.
• Типлер, Ф.Дж. (2003). «Разумная жизнь в космологии». Международный журнал астробиологии . 2 (2): 141–48. arXiv : 0704.0058 . Бибкод : 2003IJAsB...2..141T . дои : 10.1017/S1473550403001526 . S2CID   119283361 .
• Уокер, Массачусетс, и Чиркович, М.М. (2006). «Антропное рассуждение, натурализм и аргумент современного дизайна». Международные исследования в философии науки . 20 (3): 285–307. CiteSeerX   10.1.1.212.2588 . дои : 10.1080/02698590600960945 . S2CID   8804703 . Показывает, что некоторые распространенные критические замечания в отношении антропного принципа, основанные на его связи с нумерологией или аргументом теологического замысла, ошибочны.
• Уорд, П.Д. и Браунли, Д. (2000). Редкая Земля: Почему сложная жизнь во Вселенной встречается редко . Спрингер Верлаг. ISBN  978-0-387-98701-9 .
• Виленкин, Алекс (2006). Много миров в одном: Поиск других вселенных . Хилл и Ван. ISBN  978-0-8090-9523-0 .

Внешние ссылки

• Ник Бостром : веб-сайт, посвященный антропному принципу.
• Фридрих, Симон. Тонкая настройка , обзорная статья дискуссии о тонкой настройке, подчеркивающая роль антропных принципов.
• Гейсберс, Виктор. (2000). Теистический антропный принцип опровергнут – Журнал «Позитивный атеизм».
• Чоун, Маркус, Anything Goes , Новый ученый , 6 июня 1998 г. О работе Макса Тегмарка.
• Стивен Хокинг , Стивен Вайнберг , Александр Виленкин , Дэвид Гросс и Лоуренс Краусс : Дебаты об антропном мышлении. Архивировано 10 апреля 2020 г. в Wayback Machine Kavli-CERCA. видеоархиве конференции
• Собер, Эллиотт Р. 2009, « Отсутствие доказательств и доказательства отсутствия – доказательная транзитивность в связи с окаменелостями, рыбной ловлей, точной настройкой и расстрелами. «Философские исследования», 2009, 143: 63–90.
• « Антропное совпадение » – антропный спор как продолжение теории Ли Смолина о космологическом естественном отборе.
• Леонард Сасскинд и Ли Смолин обсуждают антропный принцип .
• Дебаты среди ученых на arxiv.org.
• Эволюционная вероятность и точная настройка
• Доброжелательный дизайн и антропный принцип в MathPages
• Критическая рецензия на «Привилегированную планету»
• Антропный принцип – обзор.
• Бергер, Дэниел, 2002, « Дерзкое резюме антропного космологического принципа. Архивировано 4 марта 2016 г. в Wayback Machine ». Критика Барроу и Типлера.
• Юрген Шмидхубер : Статьи об алгоритмических теориях всего и недостатке предсказательной силы антропного принципа.
• Пол Дэвис : Космический джекпот - Интервью об антропном принципе (начало 40 минут), 15 мая 2007 г.