Антропный принцип , также известный как эффект отбора наблюдений , — это гипотеза о том, что диапазон возможных наблюдений, которые можно сделать о Вселенной, ограничен тем фактом, что наблюдения возможны только в том типе Вселенной, который способен развить разумную жизнь. Сторонники антропного принципа утверждают, что он объясняет, почему Вселенная имеет возраст и фундаментальные физические константы, необходимые для размещения разумной жизни. Если бы любой из них был существенно иным, никого бы не было, чтобы делать наблюдения. Антропное рассуждение использовалось для решения вопроса о том, почему определенные измеренные физические константы принимают те значения, которые они принимают, а не какие-то другие произвольные значения, и для объяснения восприятия того, что Вселенная, по-видимому, тонко настроена для существования жизни .
Существует множество различных формулировок антропного принципа. Философ Ник Бостром насчитал тридцать, но лежащие в их основе принципы можно разделить на «слабые» и «сильные» формы в зависимости от типов космологических утверждений, которые они влекут за собой. [1]
Принцип был сформулирован как ответ на ряд наблюдений , что законы природы и параметры вселенной имеют значения, которые согласуются с условиями для жизни, как она известна, а не значения, которые не согласуются с жизнью на Земле . Антропный принцип утверждает, что это апостериорная необходимость , потому что если бы жизнь была невозможна, не было бы ни одного живого существа, которое бы ее наблюдало, и, таким образом, она не была бы известна. То есть, должно быть возможно наблюдать некоторую вселенную, и, следовательно, законы и константы любой такой вселенной должны учитывать эту возможность.
Термин « антропный» в «антропном принципе» был признан [2] неверным . [примечание 1] При выделении наблюдаемого в настоящее время вида жизни на основе углерода ни одно из тонко настроенных явлений не требует человеческой жизни или какого-либо вида углеродного шовинизма . [3] [4] Подойдет любая форма жизни или любая форма тяжелого атома, камня, звезды или галактики; ничего конкретно человеческого или антропного здесь не задействовано. [5]
Антропный принцип породил некоторую путаницу и споры, отчасти потому, что эта фраза применялась к нескольким различным идеям. Все версии 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, хотя слабый антропный принцип, «условия, которые наблюдаются во вселенной, должны позволять наблюдателю существовать», [6] «легко» поддерживать в математике и философии (т. е. это тавтология или трюизм ). Однако построение существенного аргумента, основанного на тавтологическом фундаменте, проблематично. Более сильные варианты антропного принципа не являются тавтологиями и, таким образом, делают утверждения, которые некоторые считают спорными и которые зависят от эмпирической проверки. [7]
В 1961 году Роберт Дикке отметил, что возраст Вселенной , как его видят живые наблюдатели, не может быть случайным. [8] Вместо этого биологические факторы ограничивают Вселенную, чтобы она находилась более или менее в «золотом веке», не слишком молодой и не слишком старой. [9] Если бы Вселенная была в одну десятую старше своего нынешнего возраста, не было бы достаточно времени для накопления заметных уровней металличности (уровней элементов, кроме водорода и гелия ), особенно углерода , путем нуклеосинтеза . Маленькие каменистые планеты еще не существовали. 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 белых карликов , за исключением самых тусклых красных карликов , а стабильные планетные системы уже бы закончились. Таким образом, Дикке объяснил совпадение между большими безразмерными числами, построенными на основе физических констант, и возрастом Вселенной, совпадение, которое вдохновило Дирака на создание теории переменной гравитации .
Дикке позже рассуждал, что плотность материи во Вселенной должна быть почти точно равна критической плотности, необходимой для предотвращения Большого сжатия ( аргумент «совпадений Дикке» ). Самые последние измерения могут предполагать, что наблюдаемая плотность барионной материи и некоторые теоретические предсказания количества темной материи составляют около 30% этой критической плотности, а остальное вносит космологическая постоянная . Стивен Вайнберг [10] дал антропное объяснение этому факту: он отметил, что космологическая постоянная имеет удивительно низкое значение, примерно на 120 порядков меньше значения, предсказывающего физика элементарных частиц (это было описано как « худшее предсказание в физике »). [11] Однако, если бы космологическая постоянная была всего на несколько порядков больше ее наблюдаемого значения, Вселенная испытала бы катастрофическую инфляцию , что исключило бы образование звезд, а следовательно, и жизни.
Наблюдаемые значения безразмерных физических констант (таких как постоянная тонкой структуры ), управляющих четырьмя фундаментальными взаимодействиями , сбалансированы, как будто тонко настроены, чтобы обеспечить образование обычно встречающейся материи и, следовательно, возникновение жизни. [12] Небольшое увеличение сильного взаимодействия (до 50% для некоторых авторов [13] ) связало бы динейтрон и дипротон и превратило бы весь водород в ранней Вселенной в гелий; [14] аналогично, увеличение слабого взаимодействия также превратило бы весь водород в гелий. Вода, а также достаточно долгоживущие стабильные звезды, оба необходимые для возникновения жизни, как она известна, не существовали бы. [15] В более общем плане, небольшие изменения в относительной силе четырех фундаментальных взаимодействий могут значительно повлиять на возраст, структуру и способность Вселенной к жизни.
Фраза «антропный принцип» впервые появилась в докладе Брэндона Картера на симпозиуме в Кракове в 1973 году, посвященном 500-летию Коперника . Картер, астрофизик-теоретик, сформулировал антропный принцип в ответ на принцип Коперника , который гласит, что люди не занимают привилегированное положение во Вселенной . Картер сказал: «Хотя наше положение не обязательно является центральным , оно неизбежно является в некоторой степени привилегированным». [16] В частности, Картер не согласился с использованием принципа Коперника для обоснования 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 было недвусмысленным доказательством того, что Вселенная радикально изменилась с течением времени (например, через Большой взрыв ). [ необходима ссылка ]
Картер определил две формы антропного принципа: «слабую», которая относилась только к антропному выбору привилегированных точек пространства-времени во Вселенной, и более спорную «сильную» форму, которая касалась значений фундаментальных констант физики.
Роджер Пенроуз объяснил слабую форму следующим образом:
Аргумент можно использовать для объяснения того, почему условия оказались именно подходящими для существования (разумной) жизни на Земле в настоящее время. Ведь если бы они не были именно подходящими, то мы бы оказались не здесь сейчас, а где-то в другом месте, в какое-то другое подходящее время. Этот принцип очень эффективно использовали Брэндон Картер и Роберт Дике для решения проблемы, которая озадачивала физиков в течение многих лет. Проблема касалась различных поразительных числовых соотношений, которые, как наблюдалось, соблюдаются между физическими константами ( гравитационная постоянная , масса протона , возраст Вселенной и т. д.). Загадочным аспектом этого было то, что некоторые из соотношений соблюдаются только в настоящую эпоху в истории Земли, поэтому мы, по совпадению, живем в совершенно особое время (плюс-минус несколько миллионов лет!). Позже Картер и Дике объяснили это тем фактом, что эта эпоха совпала с жизнью так называемых звезд главной последовательности , таких как Солнце. В любую другую эпоху, утверждалось в аргументе, не было бы никакой разумной жизни, которая могла бы измерить рассматриваемые физические константы, поэтому совпадение должно было иметь место просто потому, что разумная жизнь существовала бы только в то конкретное время, когда совпадение имело место!
— Новый разум императора , глава 10
Одна из причин, по которой это правдоподобно, заключается в том, что существует множество других мест и времен, в которых могли эволюционировать люди. Но при применении сильного принципа существует только одна вселенная с одним набором фундаментальных параметров, так в чем же суть? Картер предлагает две возможности: во-первых, люди могут использовать свое собственное существование, чтобы делать «предсказания» о параметрах. Но, во-вторых, «в крайнем случае», люди могут преобразовать эти предсказания в объяснения , предположив, что существует более одной вселенной, на самом деле большая и, возможно, бесконечная совокупность вселенных, то, что теперь называется мультивселенной ( «мировой ансамбль» — термин Картера), в которой параметры (и, возможно, законы физики) различаются в разных вселенных. Тогда сильный принцип становится примером эффекта отбора , в точности аналогичного слабому принципу. Постулирование мультивселенной, безусловно, является радикальным шагом, но его принятие может дать, по крайней мере, частичный ответ на вопрос, который, по-видимому, находится вне досягаемости нормальной науки: «Почему фундаментальные законы физики принимают определенную форму, которую мы наблюдаем, а не другую?»
Начиная с работы Картера 1973 года, термин «антропный принцип» был расширен, чтобы охватить ряд идей, которые существенно отличаются от его. Особую путаницу вызвала книга 1986 года «Антропный космологический принцип» Джона Д. Барроу и Фрэнка Типлера , [17], в которой проводилось различие между «слабым» и «сильным» антропным принципом, весьма отличающееся от Картера, как обсуждается в следующем разделе.
Картер не был первым, кто прибегнул к той или иной форме антропного принципа. Фактически, эволюционный биолог Альфред Рассел Уоллес предвосхитил антропный принцип еще в 1904 году: «Такая огромная и сложная вселенная, как та, которую мы знаем, существует вокруг нас, могла быть абсолютно необходима [...] для того, чтобы создать мир, который должен быть точно адаптирован в каждой детали для упорядоченного развития жизни, достигающей кульминации в человеке». [18] В 1957 году Роберт Дике писал: «Возраст Вселенной „сейчас“ не случаен, а обусловлен биологическими факторами [...] [изменения в значениях фундаментальных констант физики] исключили бы существование человека, чтобы рассмотреть эту проблему». [19]
Людвиг Больцман, возможно, был одним из первых в современной науке, кто использовал антропное мышление. До того, как стало известно о Большом взрыве, термодинамические концепции Больцмана рисовали картину вселенной с необъяснимо низкой энтропией . Больцман предложил несколько объяснений, одно из которых основывалось на флуктуациях, которые могли создавать очаги низкой энтропии или вселенные Больцмана. Хотя большая часть вселенной в этой модели лишена особенностей, для Больцмана непримечательно, что человечество обитает во вселенной Больцмана, поскольку это единственное место, где может существовать разумная жизнь. [20] [21]
Слабый антропный принцип (САП) ( Картер ): «... наше местоположение во Вселенной обязательно является привилегированным в той степени, в которой оно совместимо с нашим существованием как наблюдателей». [16] Для Картера «местоположение» относится к нашему местоположению во времени, а также в пространстве.
Сильный антропный принцип (САП) (Картер): «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры , от которых она зависит) должна быть такова, чтобы допускать создание наблюдателей внутри нее на определенном этапе. Перефразируя Декарта , cogito ergo mundus talis est ».
Латинский тег («Я мыслю, следовательно, мир таков [каков он есть]») ясно 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: [22] [23]
Слабый антропный принцип (WAP) (Барроу и Типлер): «Наблюдаемые значения всех физических и космологических величин не являются одинаково вероятными, но они принимают значения, ограниченные требованием, чтобы существовали места, где может развиваться жизнь на основе углерода , и требованиями, чтобы Вселенная была достаточно старой, чтобы это уже произошло». [24] В отличие от Картера они ограничивают принцип жизнью на основе углерода, а не только «наблюдателями». Более важным отличием является то, что они применяют WAP к фундаментальным физическим константам, таким как постоянная тонкой структуры , число измерений пространства-времени и космологическая постоянная — темам, которые подпадают под SAP Картера.
Сильный антропный принцип (САП) (Барроу и Типлер): «Вселенная должна обладать такими свойствами, которые позволяют жизни развиваться в ней на определенном этапе ее истории». [25]
Это выглядит очень похоже на САП Картера, но в отличие от САП Картера, «должен» является императивом, как показывают следующие три возможных уточнения САП, каждое из которых предложено Барроу и Типлером: [26]
Философы Джон Лесли [27] и Ник Бостром [21] отвергают SAP Барроу и Типлера как фундаментальное неверное прочтение Картера. Для Бострома антропный принцип Картера просто предупреждает нас о необходимости учитывать антропное смещение — то есть смещение, созданное эффектами антропного отбора (которые Бостром называет эффектами отбора «наблюдения») — необходимость существования наблюдателей для получения результата. Он пишет:
Многие «антропные принципы» просто перепутаны. Некоторые из них, особенно те, которые черпают вдохновение из основополагающих работ Брэндона Картера, здравы, но... они слишком слабы, чтобы делать какую-либо настоящую научную работу. В частности, я утверждаю, что существующая методология не позволяет выводить какие-либо наблюдательные следствия из современных космологических теорий, хотя эти теории совершенно очевидно могут быть и проверяются эмпирически астрономами. Для преодоления этого методологического разрыва необходима более адекватная формулировка того, как следует учитывать эффекты отбора наблюдений.
— Антропное смещение , Введение [28]
Сильное предположение о самовыборке (SSSA) ( Бостром ): «Каждый момент наблюдателя должен рассуждать так, как если бы он был случайно выбран из класса всех моментов наблюдателя в его референтном классе».
Анализ опыта наблюдателя в последовательности «моментов наблюдателя» помогает избежать определенных парадоксов; но главная неоднозначность заключается в выборе соответствующего «референтного класса»: для WAP Картера это может соответствовать всем реальным или потенциальным моментам наблюдателя в нашей вселенной; для SAP — всем в мультивселенной. Математическое развитие Бострома показывает, что выбор слишком широкого или слишком узкого референтного класса приводит к контринтуитивным результатам, но он не может предписать идеальный выбор.
Согласно Юргену Шмидхуберу , антропный принцип по сути просто говорит, что условная вероятность оказаться во вселенной, совместимой с вашим существованием, всегда равна 1. Он не допускает никаких дополнительных нетривиальных предсказаний, таких как «гравитация не изменится завтра». Чтобы получить большую предсказательную силу, необходимы дополнительные предположения о предварительном распределении альтернативных вселенных . [29] [30]
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 «главную странность Вселенной»:
Это простой парадокс. Вселенная очень старая и очень большая. Человечество, по сравнению с ней, всего лишь крошечное возмущение в одном ее маленьком уголке – и совсем недавнее. И все же Вселенная очень большая и очень старая только потому, что мы здесь, чтобы сказать, что она есть... И все же, конечно, мы все прекрасно знаем, что она такая, какая есть, независимо от того, есть мы здесь или нет. [31]
Картер решил сосредоточиться на тавтологическом аспекте своих идей, что привело к большой путанице. На самом деле, антропное рассуждение интересует ученых из-за чего-то, что подразумевается только в приведенных выше формальных определениях, а именно, что люди должны серьезно рассмотреть возможность существования других вселенных с другими значениями «фундаментальных параметров», то есть безразмерных физических констант и начальных условий для Большого взрыва . Картер и другие утверждали, что жизнь была бы невозможна в большинстве таких вселенных. Другими словами, вселенная, в которой живут люди, тонко настроена, чтобы допустить жизнь. 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». [32] Если это принять, то антропный принцип дает правдоподобное объяснение тонкой настройки нашей вселенной: «типичная» вселенная не тонко настроена, но при наличии достаточного количества вселенных небольшая ее часть будет способна поддерживать разумную жизнь. Наш случай должен быть одним из них, поэтому наблюдаемая тонкая настройка не должна вызывать удивления.
Хотя философы обсуждали связанные концепции на протяжении столетий, в начале 1970-х годов единственной подлинной физической теорией, дающей своего рода мультивселенную, была многомировая интерпретация квантовой механики . Это допускало бы вариации начальных условий, но не истинно фундаментальных констант. С тех пор было предложено несколько механизмов для создания мультивселенной: см. обзор Макса Тегмарка . [33] Важным событием в 1980-х годах стало сочетание 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 разрушая различие между слабыми и сильными принципами Картера. В начале 21-го века струнный ландшафт появился как механизм для изменения по существу всех констант, включая число пространственных измерений. [примечание 2]
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 без свободных параметров. Как сказал Альберт Эйнштейн : «Что меня действительно интересует, так это был ли у Бога выбор при сотворении мира». В 2002 году некоторые сторонники ведущего кандидата на «теорию всего», теории струн , провозгласили «конец антропного принципа» [34] , поскольку не будет свободных параметров для выбора. Однако в 2003 году Леонард Сасскинд заявил: «... кажется правдоподобным, что ландшафт невообразимо велик и разнообразен. Это поведение, которое придает достоверность антропному принципу». [35]
Современная форма аргумента о замысле выдвинута разумным замыслом . Сторонники разумного замысла часто ссылаются на наблюдения за тонкой настройкой , которые (отчасти) предшествовали формулировке антропного принципа Картером, как на доказательство разумного замысла. Противники разумного замысла не ограничиваются теми, кто выдвигает гипотезу о существовании других вселенных; они также могут утверждать, антиантропно, что вселенная менее тонко настроена, чем часто утверждается, или что принятие тонкой настройки как грубого факта менее удивительно, чем идея разумного создателя. Более того, даже принимая тонкую настройку, Собер (2005) [36] и Икеда и Джефферис [37] [ 38] утверждают, что антропный принцип в его общепринятой формулировке на самом деле подрывает разумный замысел.
В своей книге «Загадка Златовласки » (2006) Пол Дэвис подробно рассматривает текущее состояние дебатов о тонкой настройке и завершает ее перечислением следующих ответов на эти дебаты: [9] : 261–267
Здесь опущена модель космологического естественного отбора Ли Смолина , также известная как плодовитые вселенные , которая предполагает, что вселенные имеют «потомство», которое более многочисленно, если оно похоже на нашу вселенную. Также см. Гарднер (2005). [39]
Очевидно, что каждая из этих гипотез решает некоторые аспекты головоломки, оставляя другие без ответа. Последователи Картера допускают только вариант 3 как антропное объяснение, тогда как варианты с 3 по 6 охватываются различными версиями SAP Барроу и Типлера (которые также включают вариант 7, если его считать вариантом 4, как в Типлере, 1994).
Антропный принцип, по крайней мере, как его понимал Картер, может применяться в масштабах, намного меньших, чем вся вселенная. Например, Картер (1983) [40] перевернул обычную линию рассуждений и указал, что при интерпретации эволюционных записей необходимо учитывать космологические и астрофизические соображения. Имея это в виду, Картер пришел к выводу, что, учитывая наилучшие оценки возраста вселенной , эволюционная цепочка, достигающая кульминации в Homo sapiens, вероятно, допускает только одно или два звена с низкой вероятностью.
Никакие возможные наблюдательные свидетельства не имеют отношения к WAP Картера, поскольку это просто совет ученому и не утверждает ничего спорного. Очевидная проверка SAP Барроу, которая гласит, что вселенная «требуется» для поддержания жизни, заключается в поиске доказательств жизни во вселенных, отличных от нашей. Любая другая вселенная, по большинству определений, ненаблюдаема (иначе она была бы включена в нашу часть этой вселенной [ неправильный вес? – обсудить ] ). Таким образом, в принципе SAP Барроу не может быть фальсифицирована путем наблюдения за вселенной, в которой наблюдатель не может существовать.
Философ Джон Лесли [41] утверждает, что SAP Картера (с мультивселенной ) предсказывает следующее:
Хоган [42] подчеркнул, что было бы очень странно, если бы все фундаментальные константы были строго определены, поскольку это не оставило бы нам готового объяснения для кажущейся тонкой настройки. Фактически, людям, возможно, придется прибегнуть к чему-то вроде SAP Барроу и Типлера: не было бы возможности для такой вселенной не поддерживать жизнь.
Вероятностные прогнозы значений параметров можно сделать, если:
Вероятность наблюдения значения X тогда пропорциональна N ( X ) P ( X ) . Общей чертой анализа такого рода является то, что ожидаемые значения фундаментальных физических констант не должны быть «перенастроены», т. е. если есть некое идеально настроенное предсказанное значение (например, ноль), наблюдаемое значение не должно быть ближе к этому предсказанному значению, чем то, что требуется для того, чтобы сделать жизнь возможной. Небольшое, но конечное значение космологической постоянной можно рассматривать как успешное предсказание в этом смысле.
Единственное, что не будет считаться доказательством антропного принципа, — это доказательство того, что Земля или Солнечная система занимали привилегированное положение во Вселенной, что является нарушением принципа Коперника (возможное контрдоказательство этому принципу см. в разделе Принцип Коперника ), если только нет оснований полагать, что это положение является необходимым условием нашего существования как наблюдателей.
Фред Хойл, возможно, прибегнул к антропному мышлению, чтобы предсказать астрофизическое явление. Говорят, что он рассуждал, исходя из распространенности на Земле форм жизни, химия которых основывалась на ядрах углерода-12 , что должен быть неоткрытый резонанс в ядре углерода-12, облегчающий его синтез в звездных недрах посредством тройного альфа-процесса . Затем он вычислил энергию этого неоткрытого резонанса, которая составила 7,6 миллионов электронвольт . [43] [44] Исследовательская группа Вилли 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 антропное мышление при составлении своего прогноза, поскольку он сделал свое предсказание в 1953 году, а антропное мышление не получило известности до 1980 года. Он назвал это «антропным мифом», заявив, что Хойл и другие установили связь между углеродом и жизнью постфактум, спустя десятилетия после открытия резонанса.
Исследование исторических обстоятельств предсказания и его последующего экспериментального подтверждения показывает, что Хойл и его современники вообще не связывали уровень в ядре углерода с жизнью. [45]
Дон Пейдж раскритиковал всю теорию космической инфляции следующим образом. [46] Он подчеркнул, что начальные условия, которые сделали возможной термодинамическую стрелу времени во Вселенной с происхождением от Большого взрыва , должны включать предположение, что в начальной сингулярности энтропия Вселенной была низкой и, следовательно, крайне маловероятной. Пол Дэвис опроверг эту критику, прибегнув к инфляционной версии антропного принципа. [47] Хотя Дэвис принял предпосылку, что начальное состояние видимой Вселенной (которая заполняла микроскопическое количество пространства до инфляции) 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. То, 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 «ad hoc» гипотез о начальном состоянии энтропии, гипотез, которых требуют другие теории Большого взрыва.
Теория струн предсказывает большое количество возможных вселенных, называемых «фонами» или «вакуумами». Набор этих вакуумов часто называют « мультивселенной » или « антропным ландшафтом » или «струнным ландшафтом». Леонард Сасскинд утверждал, что существование большого количества вакуумов ставит антропные рассуждения на твердую почву: наблюдаются только вселенные, свойства которых позволяют наблюдателям существовать, в то время как, возможно, гораздо большее количество вселенных, не обладающих такими свойствами, остается незамеченным. [35]
Стивен Вайнберг [48] 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 жизни, без тонкой настройки благосклонным создателем». Другие — в первую очередь Дэвид Гросс , а также Любош Мотл , Питер Войт и Ли Смолин — утверждают, что это не является предсказательным. Макс Тегмарк [49] , Марио Ливио и Мартин Риз [50] утверждают, что только некоторые аспекты физической теории должны быть наблюдаемыми и/или проверяемыми для того, чтобы теория была принята, и что многие общепринятые теории в настоящее время далеки от полной проверяемости.
Юрген Шмидхубер (2000–2002) отмечает, что теория универсального индуктивного вывода Рэя Соломоноффа и ее расширения уже обеспечивают основу для максимизации нашей уверенности в любой теории, учитывая ограниченную последовательность физических наблюдений и некоторое априорное распределение на множестве возможных объяснений 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. [51]
Существует два вида измерений: пространственные (двунаправленные) и временные (однонаправленные). [53] Пусть число пространственных измерений будет N , а число временных измерений будет T. То, что N = 3 и T = 1 , оставляя в стороне компактифицированные измерения, вызванные теорией струн и необнаружимые до сих пор, можно объяснить, обратившись к физическим последствиям того, что N отличается от 3, а T отличается от 1. Аргумент часто носит антропный характер и, возможно, является первым в своем роде, хотя и до того, как полная концепция вошла в моду.
Неявное представление о том, что размерность вселенной является особой, впервые приписывается Готфриду Вильгельму Лейбницу , который в « Рассуждении о метафизике» предположил, что мир — это «тот, который одновременно является самым простым в гипотезах и самым богатым в явлениях». [54] 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 «переворачивает суть дела на передний план: именно трехмерность пространства объясняет, почему мы видим законы силы обратных квадратов в Природе, а не наоборот» (Барроу 2002:204). [примечание 3]
В 1920 году Пауль Эренфест показал, что если есть только одно временное измерение и более трех пространственных измерений, орбита планеты вокруг своего Солнца не может оставаться стабильной. То же самое верно и для орбиты звезды вокруг центра своей галактики . [55] Эренфест также показал, что если есть четное число пространственных измерений, то разные части волнового импульса будут перемещаться с разной скоростью. Если есть пространственные измерения, где k — положительное целое число, то волновые импульсы искажаются. В 1922 году Герман Вейль заявил, что теория электромагнетизма Максвелла может быть выражена в терминах действия только для четырехмерного многообразия. [56] Наконец, Тангерлини показал в 1963 году, что когда есть более трех пространственных измерений, электронные орбитали вокруг ядер не могут быть стабильными; электроны либо упадут в ядро , либо рассеются. [57]
Макс Тегмарк расширяет предыдущий аргумент следующим антропным образом. [58] 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 нестабильны и могли бы распадаться на частицы, имеющие большую массу, чем они сами. (Это не проблема, если частицы имеют достаточно низкую температуру.) [58] Наконец, если N < 3 , гравитация любого рода становится проблематичной, и вселенная, вероятно, была бы слишком простой, чтобы содержать наблюдателей. Например, когда N < 3 , нервы не могут пересекаться, не пересекаясь. [58] Следовательно, антропные и другие аргументы исключают все случаи, кроме N = 3 и T = 1 , которые описывают мир вокруг нас.
С другой стороны, в виду создания черных дыр из идеального одноатомного газа под действием его собственной гравитации, Вэй-Сян Фэн показал, что (3 + 1) -мерное пространство-время является пограничной размерностью. Более того, это уникальная размерность , которая может позволить себе «стабильную» газовую сферу с «положительной» космологической постоянной . Однако самогравитирующий газ не может быть стабильно связан, если массовая сфера больше, чем ~10 21 солнечных масс, из-за малой положительности наблюдаемой космологической постоянной. [59]
В 2019 году Джеймс Скаргилл утверждал, что сложная жизнь может быть возможна с двумя пространственными измерениями. По словам Скаргилла, чисто скалярная теория гравитации может позволить локальную гравитационную силу, а двумерные сети могут быть достаточными для сложных нейронных сетей. [60] [61]
Некоторые из метафизических споров и спекуляций включают, например, попытки поддержать раннюю интерпретацию Пьера Тейяра де Шардена вселенной как сосредоточенной на Христе (сравните точку Омега ), выражающую creatio evolutiva вместо более раннего понятия creatio continua . [62] Со строго светской, гуманистической точки зрения, это также позволяет вернуть людей в центр, антропогенный сдвиг в космологии. [62] Карл В. Гиберсон [63] лаконично заявил, что
Возникает предположение, что космология, наконец, может обладать некоторым сырым материалом для постмодернистского мифа о сотворении мира.
Уильям Симс Бейнбридж не согласился с оптимизмом де Шардена относительно будущей точки Омега в конце истории, утверждая, что логически люди застряли в точке Омикрон, в середине греческого алфавита, а не продвигаются к концу, поскольку Вселенной не нужно иметь никаких характеристик, которые поддерживали бы наш дальнейший технический прогресс, если антропный принцип просто требует, чтобы она была пригодна для нашей эволюции до этой точки. [64]
Полное сохранившееся исследование антропного принципа — книга «Антропный космологический принцип» Джона Д. Барроу , космолога , и Фрэнка Дж. Типлера , космолога и математического физика . В этой книге подробно изложены многие известные антропные совпадения и ограничения, включая многие, найденные ее авторами. Хотя книга в первую очередь является работой по теоретической астрофизике , она также затрагивает квантовую физику , химию и науки 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 в истории идей, которые авторы считают релевантными для антропного принципа, 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 космологию точки Омега Тейяра де Шардена . Барроу и Типлер тщательно различают телеологическое рассуждение от эвтаксиологического рассуждения; первый утверждает, что порядок должен иметь последующую цель; последний утверждает более скромно, что порядок должен иметь запланированную причину. Они приписывают это важное, но почти всегда упускаемое из виду различие малоизвестной книге LE Hicks 1883 года. [65]
Не видя смысла в принципе, требующем возникновения разумной жизни, при этом оставаясь безразличными к возможности ее возможного исчезновения, Барроу и Типлер предлагают окончательный антропный принцип (ОАП): интеллектуальная обработка информации должна возникнуть во вселенной, и, как только она возникнет, она никогда не исчезнет. [66]
Барроу и Типлер утверждают, что FAP является как действительным физическим утверждением, так и «тесно связанным с моральными ценностями». FAP накладывает строгие ограничения на структуру Вселенной , ограничения, которые Типлер развивает далее в своей работе «Физика бессмертия » . [67] Одним из таких ограничений является то, что Вселенная должна закончиться Большим сжатием , что кажется маловероятным в свете предварительных выводов, сделанных с 1998 года о темной энергии , основанных на наблюдениях очень далеких сверхновых .
В своем обзоре [68] Барроу и Типлера Мартин Гарднер высмеял FAP, процитировав последние два предложения их книги как 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 области во всех вселенных, которые могут логически существовать, и накопит бесконечное количество информации, включая все биты знаний, которые логически возможно знать. И это конец. [69]
Картер часто выражал сожаление по поводу своего выбора слова «антропный», поскольку оно создает обманчивое впечатление, что принцип касается, в частности, людей , исключая нечеловеческий интеллект в более широком смысле. [70] Другие [71] критиковали слово «принцип» как слишком грандиозное для описания прямых применений эффектов отбора .
Распространенная критика SAP Картера заключается в том, что это легкий deus ex machina , который препятствует поиску физических объяснений. Снова процитируем Пенроуза: «Теоретики склонны прибегать к нему всякий раз, когда у них нет достаточно хорошей теории для объяснения наблюдаемых фактов». [72]
SAP Картера и WAP Барроу и Типлера были отвергнуты как трюизмы или тривиальные тавтологии — то есть утверждения, истинные исключительно в силу своей логической формы , а не потому, что сделано существенное утверждение и подкреплено наблюдением реальности. Как таковые, они критикуются как сложный способ сказать: «Если бы вещи были другими, они были бы другими», [ требуется цитата ] что является обоснованным утверждением, но не делает утверждения о какой-то фактической альтернативе над другой.
Критики SAP Барроу и Типлера утверждают, что она не является ни проверяемой, ни фальсифицируемой , и, таким образом, является не научным утверждением , а скорее философским. Та же критика была выдвинута против гипотезы мультивселенной , хотя некоторые утверждают [73] , что она делает фальсифицируемые предсказания. Модифицированная версия этой критики заключается в том, что человечество так мало знает о возникновении жизни, особенно разумной жизни, что фактически невозможно подсчитать количество наблюдателей в каждой вселенной. Кроме того, априорное распределение вселенных как функция фундаментальных констант легко модифицируется, чтобы получить любой желаемый результат. [74]
Многие критики сосредоточены на версиях сильного антропного принципа, таких как антропный космологический принцип Барроу и Типлера , которые являются телеологическими понятиями, которые имеют тенденцию описывать существование жизни как необходимую предпосылку для наблюдаемых констант физики. Аналогичным образом, Стивен Джей Гулд , [75] [76] Майкл Шермер , [77] и другие утверждают, что более сильные версии антропного принципа, по-видимому, меняют известные причины и следствия. Гулд сравнил утверждение о том, что вселенная тонко настроена на благо нашего вида жизни, с утверждением, что сосиски были сделаны длинными и узкими, чтобы они могли поместиться в современные булочки для хот-догов, или утверждением, что корабли были изобретены для размещения ракушек . [ необходима цитата ] Эти критики ссылаются на обширные физические, ископаемые, генетические и другие биологические доказательства, согласующиеся с тем, что жизнь была тонко настроена посредством естественного отбора для адаптации к физической и геофизической среде, в которой существует жизнь. Жизнь, по-видимому, адаптировалась к вселенной, а не наоборот.
Некоторые применения антропного принципа подвергались критике как аргумент, основанный на недостатке воображения , за молчаливое предположение, что углеродные соединения и вода являются единственно возможной химией жизни (иногда называемой « углеродным шовинизмом »; см. также альтернативную биохимию ). [78] Диапазон фундаментальных физических констант, согласующихся с эволюцией жизни на основе углерода, также может быть шире, чем утверждают те, кто выступает за тонко настроенную вселенную . [79] Например, Харник и др. [80] предлагают Вселенную без слабых сил , в которой слабые ядерные силы устранены. Они показывают, что это не оказывает существенного влияния на другие фундаментальные взаимодействия , при условии внесения некоторых корректировок в то, как работают эти взаимодействия. 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 улучшить недостаток воображения, приписываемый антропным принципам. Он выдвигает свою теорию плодовитых вселенных , которая предполагает, что вселенные имеют «потомство» посредством создания черных дыр , чьи дочерние вселенные имеют значения физических констант, зависящих от констант материнской вселенной. [81]
Философы космологии Джон Эрман [82] , Эрнан Макмаллин [ 83] и Хесус Мостерин утверждают, что «в своей слабой версии антропный принцип — это просто тавтология, которая не позволяет нам ничего объяснить или предсказать что-либо, чего мы еще не знаем. В своей сильной версии — это беспричинная спекуляция». [84] Дальнейшая критика Мостерина касается ошибочного «антропного» вывода из предположения о бесконечности миров к существованию одного, подобного нашему:
Предположение, что бесконечность объектов, характеризующихся определенными числами или свойствами, подразумевает существование среди них объектов с любой комбинацией этих чисел или характеристик [...], ошибочно. Бесконечность вовсе не подразумевает, что какая-либо компоновка присутствует или повторяется. [...] Предположение, 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, ложно.