Czym jest zasada antropiczna?

Kalendarium historii wszechświata. (czerwiec 2009). Zespół Naukowy NASA / WMAP

The zasada antropiczna jest przekonanie, że jeśli przyjmiemy ludzkie życie jako dany stan wszechświata, naukowcy mogą wykorzystać to jako punkt wyjścia do wyprowadzenia oczekiwanych właściwości wszechświata jako zgodnych z tworzeniem ludzkiego życia. Jest to zasada, która odgrywa ważną rolę w kosmologii, szczególnie w próbach radzenia sobie z pozornym dostrojeniem wszechświata.

Pochodzenie zasady antropicznej

Wyrażenie „zasada antropiczna” zostało po raz pierwszy zaproponowane w 1973 roku przez australijskiego fizyka Brandona Cartera. Zaproponował to w 500. rocznicę urodzin Mikołaj Kopernik , w przeciwieństwie do zasada kopernikańska uważa się to za degradację ludzkości z jakiejkolwiek uprzywilejowanej pozycji we wszechświecie.

Nie chodzi o to, że Carter myślał, że ludzie mieli centralny pozycja we wszechświecie. Zasada kopernikańska pozostała w zasadzie nienaruszona. (W ten sposób termin „antropiczny”, co oznacza „odnoszący się do ludzkości lub okresu istnienia człowieka”, jest nieco niefortunny, jak wskazuje jeden z poniższych cytatów). Zamiast tego Carter miał na myśli jedynie fakt ludzkiego życia jest jednym dowodem, który sam w sobie nie może być całkowicie pominięty. Jak powiedział: „Chociaż nasza sytuacja niekoniecznie jest centralna, jest nieuchronnie uprzywilejowana do pewnego stopnia”. W ten sposób Carter rzeczywiście zakwestionował bezpodstawną konsekwencję zasady kopernikańskiej.

Przed Kopernikiem standardowym punktem widzenia było to, że Ziemia jest miejscem szczególnym, podlegającym fundamentalnie innym prawom fizycznym niż cała reszta wszechświata – niebiosa, gwiazdy, inne planety itd. Decyzją, że Ziemia zasadniczo nie jest inny, bardzo naturalne było założenie czegoś przeciwnego: Wszystkie regiony wszechświata są identyczne .

Możemy oczywiście wyobrazić sobie wiele wszechświatów, które mają właściwości fizyczne, które nie pozwalają na istnienie człowieka. Na przykład, być może wszechświat mógł uformować się w taki sposób, że odpychanie elektromagnetyczne było silniejsze niż przyciąganie silnego oddziaływania jądrowego? W tym przypadku protony odpychałyby się od siebie, zamiast łączyć się w jądro atomowe. Atomy, jakie znamy, nigdy by się nie uformowały... a więc nie byłoby życia! (Przynajmniej tak, jak wiemy.)

Jak nauka może wyjaśnić, że nasz wszechświat taki nie jest? Cóż, według Cartera, sam fakt, że możemy zadać to pytanie, oznacza, że ​​oczywiście nie możemy być w tym wszechświecie… ani w jakimkolwiek innym wszechświecie, który uniemożliwia nam istnienie. Te inne wszechświaty mógłby uformowały się, ale nie byłoby nas tam, aby zadać to pytanie.

Warianty zasady antropicznej

Carter przedstawił dwa warianty zasady antropicznej, które przez lata były dopracowywane i modyfikowane. Sformułowanie dwóch poniższych zasad jest moje własne, ale myślę, że oddaje kluczowe elementy głównych sformułowań:

Słaba zasada antropiczna (WAP):Obserwowane wartości naukowe muszą umożliwiać istnienie przynajmniej jednego regionu wszechświata, który posiada właściwości fizyczne pozwalające na istnienie człowieka, a my istniejemy w tym regionie.Silna zasada antropiczna (WAP):Wszechświat musi mieć właściwości, które w pewnym momencie pozwolą zaistnieć w nim życiu.

Silna zasada antropiczna jest bardzo kontrowersyjna. W pewnym sensie, skoro istniejemy, staje się to niczym więcej niż truizmem. Jednak w ich kontrowersyjnej książce z 1986 r. Kosmologiczna zasada antropiczna Fizycy John Barrow i Frank Tipler twierdzą, że „konieczność” nie jest tylko faktem opartym na obserwacji w naszym wszechświecie, ale raczej podstawowym warunkiem istnienia dowolnego wszechświata. Opierają ten kontrowersyjny argument w dużej mierze na fizyce kwantowej i Partycypacyjna zasada antropiczna (PAP) zaproponowany przez fizyka Johna Archibalda Wheelera.

Kontrowersyjne interludium – ostateczna zasada antropiczna

Jeśli myślisz, że nie mogą być bardziej kontrowersyjne niż to, Barrow i Tipler idą znacznie dalej niż Carter (lub nawet Wheeler), wysuwając twierdzenie, które jest bardzo mało wiarygodne w społeczności naukowej jako fundamentalny stan wszechświata:

Ostateczna zasada antropiczna (FAP): Inteligentne przetwarzanie informacji musi zaistnieć we Wszechświecie, a kiedy już zaistnieje, nigdy nie zniknie.

Tak naprawdę nie ma naukowego uzasadnienia, aby wierzyć, że Ostateczna Zasada Antropiczna ma jakiekolwiek znaczenie naukowe. Większość uważa, że ​​jest to niewiele więcej teologiczne twierdzenie ubrane w niejasne naukowe stroje. Mimo to, jako gatunek „inteligentnego przetwarzania informacji”, przypuszczam, że nie zaszkodzi trzymać na nim kciuki… przynajmniej do czasu, gdy opracujemy inteligentne maszyny, a wtedy przypuszczam, że nawet FAP może pozwolić na apokalipsę robotów .

Uzasadnianie zasady antropicznej

Jak stwierdzono powyżej, słabe i mocne wersje zasady antropicznej są w pewnym sensie truizmami na temat naszej pozycji we wszechświecie. Ponieważ wiemy, że istniejemy, możemy w oparciu o tę wiedzę wysuwać określone twierdzenia dotyczące wszechświata (lub przynajmniej naszego regionu wszechświata). Myślę, że poniższy cytat dobrze podsumowuje uzasadnienie tego stanowiska:

„Oczywiście, kiedy istoty na planecie podtrzymującej życie badają otaczający ich świat, z pewnością odkryją, że ich środowisko spełnia warunki, których potrzebują do istnienia.

To ostatnie stwierdzenie można przekształcić w naukową zasadę: sama nasza egzystencja narzuca reguły określające, skąd iw jakim czasie możemy obserwować wszechświat. Oznacza to, że fakt naszego istnienia ogranicza charakterystykę środowiska, w którym się znajdujemy. Zasada ta nazywana jest słabą zasadą antropiczną. (...) Lepszym terminem niż „zasada antropiczna” byłoby określenie „zasada selekcji”, ponieważ zasada ta odnosi się do tego, jak nasza własna wiedza o naszym istnieniu narzuca reguły, które wybierają spośród wszystkich możliwych środowisko, tylko te środowiska, które pozwalają na życie”. -- Stephen Hawking & Leonarda Mlodinowa, Wielki projekt

Zasada antropiczna w działaniu

Kluczową rolą zasady antropicznej w kosmologii jest pomoc w wyjaśnieniu, dlaczego nasz wszechświat ma takie właściwości. Kiedyś kosmologowie naprawdę wierzyli, że odkryją jakąś fundamentalną właściwość, która ustala unikalne wartości, które obserwujemy w naszym wszechświecie… ale tak się nie stało. Zamiast tego okazuje się, że we wszechświecie istnieje wiele różnych wartości, które wydają się wymagać bardzo wąskiego, konkretnego zakresu, aby nasz wszechświat mógł funkcjonować w sposób, w jaki działa. Stało się to znane jako problem precyzyjnego dostrojenia, ponieważ problemem jest wyjaśnienie, w jaki sposób te wartości są tak precyzyjnie dostrojone do ludzkiego życia.

Antropiczna zasada Cartera dopuszcza szeroki zakres teoretycznie możliwych wszechświatów, z których każdy zawiera inne właściwości fizyczne, a nasz należy do (stosunkowo) małego ich zbioru, który pozwalałby na ludzkie życie. Jest to podstawowy powód, dla którego fizycy wierzą, że prawdopodobnie istnieje wiele wszechświatów. (Zobacz nasz artykuł: ' Dlaczego istnieje wiele wszechświatów? ')

To rozumowanie stało się bardzo popularne nie tylko wśród kosmologów, ale także fizyków zajmujących się teoria strun . Fizycy odkryli, że istnieje tak wiele możliwych wariantów teorii strun (być może nawet 10⁵⁰⁰, co naprawdę oszałamia umysł ... nawet umysły teoretyków strun!), że niektórzy, zwłaszcza Leonard Susskind zaczęli przyjmować punkt widzenia, że ​​istnieje ogromna krajobraz teorii strun , który prowadzi do wieloświatów, a rozumowanie antropiczne powinno być stosowane w ocenie teorii naukowych związanych z naszym miejscem w tym krajobrazie.

Jeden z najlepszych przykładów rozumowania antropicznego pojawił się, gdy Stephen Weinberg użył go do przewidzenia oczekiwanej wartości stałej kosmologicznej i uzyskał wynik, który przewidywał małą, ale dodatnią wartość, która nie pasowała do oczekiwań dnia. Prawie dekadę później, kiedy fizycy odkryli, że ekspansja wszechświata przyspiesza, Weinberg zdał sobie sprawę, że jego wcześniejsze rozumowanie antropiczne było trafne:

„... Krótko po odkryciu naszego przyspieszającego Wszechświata, fizyk Stephen Weinberg zaproponował, opierając się na argumentacji, którą rozwinął ponad dekadę wcześniej – przed odkryciem ciemna energia – że… być może wartość stałej kosmologicznej, którą dzisiaj mierzymy, została w jakiś sposób dobrana „antropicznie”. To znaczy, jeśli w jakiś sposób było wiele wszechświatów i w każdym wszechświecie wartość energii pustej przestrzeni przyjmowała losowo wybraną wartość w oparciu o pewien rozkład prawdopodobieństwa na wszystkie możliwe energie, to tylko w tych wszechświatach, w których wartość nie jest aż tak różna na podstawie tego, co mierzymy, życie takie, jakie znamy, mogłoby ewoluować… Innymi słowy, nie jest zbyt zaskakujące, że żyjemy we wszechświecie, w którym możemy żyć! -- Lawrence M. Krauss,

Krytyka zasady antropicznej

Naprawdę nie brakuje krytyków zasady antropicznej. W dwóch bardzo popularnych krytykach teorii strun, Lee Smolin Kłopoty z fizyką i Petera Woita Nawet się nie myli , zasada antropiczna jest wymieniana jako jeden z głównych punktów spornych.

Krytycy rzeczywiście słusznie stwierdzają, że zasada antropiczna jest czymś w rodzaju uniku, ponieważ przeformułowuje pytanie, które zwykle zadaje nauka. Zamiast szukać konkretnych wartości i powodów, dla których te wartości są tym, czym są, zamiast tego pozwala na cały zakres wartości, o ile są one zgodne z już znanym wynikiem końcowym. Jest coś fundamentalnie niepokojącego w tym podejściu.