Антропный принцип более ограничен, чем нам хотелось бы верить.
“Голос внутри тебя
Это весь день шепчет, ‘Я чувствую, что это правильно для меня, Я знаю, что это неправильно». - Шел Сильверштейн
Когда мы смотрим на Вселенную, очень трудно представить, что все это планеты, звезды, галактики и сложные жизни, которыми мы наслаждаемся все возникло случайно. Куда бы мы ни посмотрели, Вселенная подчиняется одним и тем же законам: у нее одни и те же фундаментальные константы, мы находим одни и те же частицы, и взаимодействия между ними приводят к самосборке этих частиц способами, которые не только способствуют формированию всего, что мы знаем., но во многом сделать так, чтобы это (или что-то очень похожее) казалось неизбежным.
Наша Вселенная кажется очень точно настроенной, чтобы это было так, но действительно ли так должно было быть? В науке, если мы хотим узнать о чем-либо, мы должны задать ему вопросы о нем самом. Давайте посмотрим, как на самом деле устроена наша Вселенная, и посмотрим, чему мы можем у нее научиться.
Одна из первых вещей, которые вы замечаете, и это самоочевидно, если подумать, это то, что Вселенная полна вещей. Это само по себе чудесно, потому что так быть не должно было вовсе.
Наши законы природы, физические законы, управляющие взаимодействием каждой частицы во Вселенной, включая силы, заставляющие материю связываться, гравитационно взаимодействовать, слипаться и группироваться, кажутся одинаковыми везде. Мы знаем, как они влияют на все известные частицы Вселенной, и они дают нам основу для понимания того, как должна была развиваться Вселенная, чтобы стать такой, какой она предстает перед нами сегодня.
Но знание законов физики - знание того, как все различные частицы взаимодействуют друг с другом - не дает ответов на все наши вопросы о существовании. Конечно, это заводит нас очень далеко: оно говорит нам как ведет себя физическая система, если вы запустите ее с определенными характеристиками. Дайте нам начальные условия, дайте нам законы, управляющие всеми существующими частицами, и мы сможем сказать вам, что произойдет в пределах того, что физически определимо.
Пространство-время расширяется или сжимается, искривляясь в зависимости от содержащейся в нем материи и энергии. Частицы притягиваются, отталкиваются или связываются друг с другом в зависимости от условий, в которых они взаимодействуют. Некоторые системы будут стабильны; некоторые разлагаются по прошествии достаточного времени. Научный процесс очень мощный, и он замечательно помогает нам понять, как это происходит.
Но это не говорит нам, почему, или было ли то, как это развернулось, неизбежным. Иногда нам нужно какое-то руководство, если мы хотим продвинуть наши знания и понимание Вселенной вперед. Есть некоторые проблемы, которые очень помогают, если у нас есть руководящий принцип, который говорит нам, что искать.
Например, нам давно известно, что Вселенная содержит огромное разнообразие элементов или атомов с разным количеством протонов в соответствующих ядрах. Вы сами содержите в своем теле не менее 59 различных элементов в той или иной степени, однако долгое время мы не знали, как эти элементы появились.
Но мы всегда могли быть уверены в одном: мы здесь, чтобы наблюдать за Вселенной.
Этот простой и очевидный факт на самом деле имеет большое значение. Он говорит нам, что наша Вселенная действительно существует с такими свойствами, которые разумный наблюдатель мог бы развить в ней..
Это резко контрастирует с тем, что Вселенная обладает свойствами, несовместимыми с существованием разумной жизни. Это простая логика: если свойства нашей Вселенной запрещают возникновение разумной жизни, она не может быть нашей на том основании, что никто никогда не сможет ее наблюдать. Тот простой факт, что мы здесь, чтобы наблюдать за Вселенной, в сочетании с простым актом наблюдения за ней, подразумевает, что Вселенная подключена к такой способ признать наше существование Это самая суть того, что известно как Антропный принцип.
И само по себе это осознание может научить нас многим вещам.
Если наша Вселенная полна тяжелых элементов, значит, должен быть какой-то способ их синтеза! К началу 1950-х годов было широко признано, что звезды питаются за счет ядерного синтеза и что наше Солнце в течение длительного времени превращает водород в гелий. Но это самые легкие два элемента во Вселенной! Вы не можете соединить водород (массой 1) и гелий (массой 4), чтобы двигаться вверх, потому что не существует стабильного ядра с массой 5, и вы не можете соединить два гелия, потому что бериллий-8 (почти одинаковой массы) нестабилен и снова распадается на два гелия за время ~10^-16 сек.
Но в 1952 году Фред Хойл использовал антропный принцип, чтобы доказать, что должен существовать процесс создания более тяжелых элементов. Он предположил, что должен быть способ ввести туда третий гелий - для взаимодействия с крайне нестабильным бериллием-8 - и слияния вместе с образованием углерода-12. Дело в том, что массы не совпадают! Масса углерода-12 намного меньше массы бериллия-8 и гелия-4 вместе взятых, поэтому он сделал захватывающее дух предсказание: должно существоватьвозбужденное состояние углерода- 12, еще не обнаруженный физиками-ядерщиками, имевший в точности массу трех ядер гелия-4 вместе взятых.
Это было невероятно смелое предсказание, бросившее вызов известной ядерной физике: к тому времени такое состояние должно было быть открыто экспериментально. Но Хойл рассказал физику-ядерщику Уилли Фаулеру о своем предсказании и необходимости существования этого состояния для того, чтобы во Вселенной был углерод, а значит, и жизнь. В свете этого Фаулер принялся за его поиски. Пять лет спустя было обнаружено и подтверждено как теоретическое состояние Хойла, так и механизм его формирования - тройной альфа-процесс. А позже в том же году они вдвоем вместе с Джеффри и Маргарет Бербидж опубликовали статью, правильно объясняющую происхождение всех тяжелых элементов во Вселенной: ядер гигантских звезд, которые затем становятся сверхновыми, обогащая Вселенную!
В этом отношении антропный принцип помогает нам понять, почему свойства Вселенной должны попадать в определенный диапазон значений: мы должны существовать в диапазоне, который делает возможным существование жизни.
Гравитация не может быть намного сильнее, чем она есть, иначе Вселенная была бы заполнена черными дырами и ничем другим. Темная энергия (или космологическая постоянная) не могла быть более чем в 100 раз больше, чем ее наблюдаемое значение, иначе гравитация не позволила бы нам сформировать даже одну звезду до того, как первобытные атомы безвозвратно разлетелись друг от друга. Во Вселенной должна существовать фундаментальная асимметрия материи и антиматерии, потому что, если бы ее не было, не хватило бы «вещества» для создания Вселенной, какой мы ее знаем.
Хотя существует много вариантов антропного принципа, я предпочитаю формулировать его следующим образом:
Законы природы должны быть такими, чтобы Вселенная могла существовать таким образом, который соответствует наблюдаемому
С этим довольно сложно поспорить. И тем не менее, сам по себе он не является научным ответом ни на какие проблемы.
Мы знаем, что во Вселенной существует асимметрия материи и антиматерии, но знание того, что она должна быть у нас, чтобы удовлетворить антропным ограничениям, не говорит нам, почему во Вселенной есть материя (а не антивещество), которое мы наблюдаем внутри него.
Физики часто делают предположение - и это не обязательно хорошее предположение - что в принципе законы и константы природы могли принимать любое количество произвольных форм или значений. Если вы согласны с этим, то, конечно, наша Вселенная, какой мы ее наблюдаем, должна иметь законы и константы, которые согласуются с существованием разумного наблюдателя.
Но, рассуждая сам по себе, вы никогда не поймете, какэто произошло.
Это направление ненаучного мышления поднимает свою уродливую голову, когда люди думают о проблеме космологической постоянной (или темной энергии), задаваясь вопросом, почему Вселенная точно настроена на то, чтобы иметь такое значение космологической постоянной, которое она наблюдала. есть, примерно на 10^120 порядков меньше, чем наше наивное предсказание. Аргумент выглядит примерно так:
Ну, может быть, наши наивные вычисления космологической постоянной дают нам число, слишком большое в 10^120 раз, но Ландшафт дает нам 10^500 возможных вселенных, и по крайней мере некоторые из них чтобы иметь правильное значение, а остальные не имеют значения, потому что там никого нет.
Этот аргумент не неверен настолько, насколько он равносилен отказу от физики или представления о том, что свойства нашего Вселенная объяснима и понятна с точки зрения физических законов и динамики. Есть много других проблем, которые имеют аналогичные трудности, такие как величина асимметрии материи и антиматерии (отклонение на 10 порядков от того, что мы понимаем в настоящее время), массы фундаментальных частиц (отличаются на 19 порядков от того, что мы понимаем). ожидаемо) и относительной слабости силы тяжести (слабее остальных более чем на 30 порядков).
Любой тип научных рассуждений полезен только тогда, когда он говорит вам что-то, чего вы еще не знаете, и мы уже знаем, что живем в этой Вселенной, и что она имеет свойства, которые мы наблюдаем. научите нас чему-нибудь новому. Вселенная может быть тонко настроена до определенной степени, но антропология не собирается говорить нам, почему и как.
И этого недостаточно. Не зная, почему и как Вселенная стала такой, какая она есть, у нас нет науки, во всяком случае, не полностью. Этого недостаточного типа ответа недостаточно для меня, и его не должно быть достаточно для вас (или любого научно мыслящего человека). Мы удивляемся и исследуем, чтобы найти ответы, а это значит понять динамику. Антропики могут направлять нас , как они это делали с Фредом Хойлом более 60 лет назад , но они не дадут нам удовлетворительного ответа, по крайней мере, сами по себе.
И пока мы не найдем эту динамику - пока мы не выясним как и почему - поиск знаний и этих более удовлетворительных ответов должен продолжаться.
Оставляйте свои комментарии на форуме Starts With A Bang в блогах Scienceblogs!