Antropisk princip

Det antropiske princip  er argumentet "Vi ser universet sådan, fordi kun i et sådant univers kunne en iagttager, en person , være opstået " . Dette princip blev foreslået for at forklare fra et videnskabeligt synspunkt, hvorfor der i det observerbare univers er en række ikke-trivielle forhold mellem grundlæggende fysiske parametre, der er nødvendige for eksistensen af ​​intelligent liv .

Forskellige formuleringer

Ofte er der stærke og svage antropiske principper [1] .

En variant af stærk AP er APU (Anthropic Participation Principle) formuleret i 1983 af John Wheeler [4] [5] :

Iagttagere er nødvendige for at opnå universet af væren

Originaltekst  (engelsk)[ Visskjule] Observatører er nødvendige for at skabe universet

Forskellen mellem disse formuleringer kan forklares som følger: Det stærke antropiske princip gælder for universet som helhed på alle stadier af dets udvikling, mens det svage kun gælder for de områder og de perioder, hvor intelligent liv teoretisk kan optræde i det. Et svagt princip følger af et stærkt princip, men ikke omvendt [6] .

Formuleringen af ​​det antropiske princip bygger på den antagelse, at de naturlove, der observeres i vor tid, ikke er de eneste, der virkelig eksisterer (eller har eksisteret), det vil sige, at Universer med andre love skal være virkelige [7] . Fysikere har undersøgt flere muligheder for at placere alternative universer i rum og tid [8] [9] :

Historie

Udtrykket "antropisk princip" blev først foreslået i 1973 af den engelske fysiker Brandon Carter [1] . Men som videnskabshistorikere har opdaget, er ideen i sig selv blevet udtrykt gentagne gange før. Den blev første gang eksplicit formuleret af fysikeren A. L. Zelmanov i 1955 og videnskabshistorikeren G. M. Idlis ved All-Union Conference on Problems of Extragalactic Astronomy and Cosmology (1957) [10] . I 1961 blev den samme tanke udgivet af R. Dicke [11] .

Brandon Carter formulerede i ovenstående artikel fra 1973 også stærke og svage versioner af det antropiske princip. Carters artikel bragte emnet på banen, med meninger udtrykt ikke kun af fysikere, men af ​​mange andre, fra journalister til religiøse filosoffer. I 1986 udkom den første monografi: J. D. Barrow og F. J. Tipler , "The Anthropic Cosmological Principle", hvor G. M. Idlis' prioritet blev anerkendt [12] . I 1988 blev den første videnskabelige konference dedikeret til det antropiske princip afholdt i Venedig ; I fremtiden blev det antropiske princip konstant berørt både i specialiserede fora og i diskussionen af ​​grundlæggende spørgsmål om fysik, kosmologi, filosofi og teologi.

De forhold, der er nødvendige for dannelsen af ​​liv

De numeriske værdier af mange dimensionsløse (det vil sige ikke afhængige af enhedssystemet) grundlæggende fysiske parametre, såsom masseforholdet mellem elementarpartikler , dimensionsløse konstanter for fundamentale vekselvirkninger , synes ikke at være underlagt nogen regelmæssighed. Det viser sig imidlertid, at hvis disse parametre kun afveg fra deres observerede værdier med en lille mængde, kunne intelligent liv (i den forstand, vi er vant til) ikke dannes.

Rummets dimension

Først og fremmest er det slående, at den mangfoldighed af fænomener, som vi observerer, kun kan opstå i tredimensionelt rum. Så for en rumdimension på mere end tre, når man vedtager den newtonske gravitationslov, er stabile kredsløb for planeter i stjernernes gravitationsfelt umulige. Desuden ville stoffets atomare struktur i dette tilfælde også være umulig (elektroner ville falde på kerner selv inden for rammerne af kvantemekanikken ). Det er, når antallet af dimensioner er mere end tre, at kvantemekanikken forudsiger et uendeligt energispektrum af en elektron i et brintatom, hvilket tillader både positive og negative energiværdier. I tilfælde af dimensioner mindre end tre, vil bevægelsen altid forekomme i et begrænset område. Kun når er både stabile endelige og uendelige bevægelser mulige [13] .

Ovenstående argumenter refererer til tilfældet med ikke-relativistisk behandling af problemet. Hvis vi forsøger at udvide den generelle relativitetsteori som en moderne gravitationsteori til rum-tid med et andet antal rumlige dimensioner, så er billedet omvendt: med to rumlige dimensioner kan gravitationelt interagerende legemer under ingen omstændigheder danne et forbundet system (dette har længe været kendt i den almene relativitetsteori og blev opdaget i 1960'erne, se kosmiske strenge ) [14] , og når antallet af dimensioner af rummet er større end tre, er gravitationsinteraktionen tværtimod så stærk, at den tillader ikke kroppens uendelige bevægelse. Således er den begrænsende overgang af den generelle relativitetsteori til den Newtonske gravitationsteori kun mulig i tre dimensioners rum.

Det er også interessant, at standardmodellen for partikelfysik , baseret på teorien om Yang-Mills felter, ikke kan renormaliseres i et rum med mere end tre dimensioner.

Masser af elektronen, protonen og neutronen

Den frie neutron er tungere end proton + elektronsystemet , hvorfor brintatomet er stabilt. Hvis neutronen var mindst en tiendedel procent lettere, ville brintatomet hurtigt blive til en neutron. Hvis massen af ​​en elektron oversteg forskellen mellem masserne af en neutron og en proton, ville den kemiske sammensætning af universet ændre sig radikalt. Det ville mangle brint, og derfor ville stjerner i deres sædvanlige betydning, liv [15] .

Eksistensen af ​​deuteronet og ikke-eksistensen af ​​diprotonen

Det er kendt, at for dannelsen af ​​en bundet tilstand af to partikler (i almindeligt, tredimensionelt rum), er det nødvendigt ikke kun at tiltrække, men også at denne tiltrækning er stærk nok. Tiltrækningen mellem en proton og en neutron er næsten "på kanten": deres bundne tilstand ( deuteron ) eksisterer, men den er svagt bundet og har derfor ret store geometriske dimensioner. Dette fører til, at reaktionen ved at brænde brint i stjerner er meget effektiv. Hvis kraften af ​​proton-neutron-interaktionen var mindre, ville deuteronet være ustabilt, og hele brintforbrændingskæden ville blive afskåret. Hvis koblingskonstanten var mærkbart stærkere, ville størrelsen af ​​deuteronet være mindre, og forbrændingsreaktionen ville ikke være så intens. I begge tilfælde ville det vise sig, at stjernerne ville brænde mindre intenst, hvilket ikke kunne andet end at påvirke livet.

På den anden side er det kendt, at to protoner ikke er i stand til at danne en bundet tilstand: den stærke vekselvirkning, selvom den overskrider Coulomb-barrieren , er stadig ikke stærk nok. Hvis den stærke kraftkonstant var lidt større, ville diprotoner (heliumkerner med en masse på 2) være stabile partikler. Dette ville sandsynligvis have katastrofale konsekvenser for universets udvikling: i dets allerførste dage ville al brint brænde ud til helium -2, og den videre eksistens af stjerner ville være umulig [16] [17] .

Resonans i kernen af ​​carbon-12

Ifølge den standard kosmologiske model , umiddelbart efter Big Bang , var stof i universet næsten udelukkende i form af brint og helium . Heliumkerner i sig selv er praktisk talt stabile, og derfor er det slet ikke indlysende, at tungere grundstoffer skal dannes i store mængder i processen med at brænde stjerner. Faktisk er der allerede på det første trin en hindring: to heliumkerner danner ikke en stabil beryllium-8- kerne (denne nuklid henfalder på 10 −18 s). Der er ingen stabile kerner med et massetal A = 5, som kunne dannes ved fusion af en alfapartikel med en proton eller neutron. I princippet kan tre helium-4-kerner danne en stabil kulstof-12- kerne , men sandsynligheden for, at tre alfapartikler kolliderer på samme tid er så lille, at uden "hjælp udefra" ville hastigheden af ​​en sådan reaktion være ubetydelig for dannelsen af ​​en betydelig mængde kulstof, selv på astronomiske tidsskalaer.

Rollen som sådan udefrakommende hjælp spilles af resonansen (ophidset tilstand) af kulstof-12 med en energi på 7,65 MeV. Da det praktisk talt er degenereret i energi med tilstanden af ​​tre alfapartikler, øger det reaktionstværsnittet radikalt og fremskynder processen med heliumforbrænding. Det er takket være ham, at tunge grundstoffer dannes på slutstadiet af stjerneudviklingen, som efter en supernovaeksplosion spredes i rummet og efterfølgende danner planeter.

I princippet er tilstedeværelsen af ​​nukleare resonanser ikke overraskende. Kun en tilfældig ("valgt") numerisk værdi af resonansexcitationsenergien er virkelig usædvanlig. Altså i H. Oberhummers arbejde, A. Csoto og H. Schlattl, Science 289, 88 (2000); Kernefysik A 689, 269c (2001) ( nucl-th/9810057 ) viser, at hvis nukleon-nukleon-koblingskonstanten afveg med mindst 4 %, ville der næsten ikke dannes kulstof i stjerner.

Generelt, givet ovenstående argumenter, er der en følelse af, at alt i universet er "sat op", så livet kan dannes og eksistere i lang tid. Denne følelse bruges som et argument af kreationister og tilhængere af teorien om intelligent skabelse . Matematikeren M. Ikeda og astronomen W. Jefferis hævder dog , at denne følelse er resultatet af et forkert intuitivt estimat af betingede sandsynligheder .

Parametre for den elektrosvage interaktion

V. Agrawal et al., Physical Review D57 (1998) 5480-5492 ( hep-ph/9707380 ) viste, at for at danne tilstrækkeligt komplekse sæt af kemiske grundstoffer, kræves det, at gennemsnitsværdien af ​​Higgs-feltet i den elektrosvage teorien ikke overstiger den observerede værdi ( GeV) mere end fem gange.

Problemet med begyndelsesværdier i kosmologi

Støtte og kritik af det antropiske princip i moderne fysik

En række fysikere har gjort forsøg på at udlede det antropiske princip fra forskellige fysiske overvejelser. En kort oversigt over sådanne modeller er givet i artiklen af ​​A. D. Linde [18] .

Andre videnskabsmænd bemærker, at eksistensen af ​​universer (eller dele af universet) med forskellige fysiklove, som både det antropiske princip og de modeller, der indeholder det er baseret på, ikke har noget eksperimentelt bevis. Nobelpristageren Steven Weinberg udtalte, at det antropiske princip "har en noget tvivlsom status i fysikken", fordi "det svage punkt ved en sådan fortolkning af det antropiske princip er vagheden i begrebet om en flerhed af universer" [8] . Han bemærkede ironisk, at "hvis alle disse universer er uopnåelige og ukendelige, synes påstanden om deres eksistens ikke at give nogen mening, undtagen for at undgå spørgsmålet om, hvorfor de ikke eksisterer" [19] . Weinberg mener, at det antropiske princip, hvis det forbliver i fysikken, kun er at forklare en enkelt parameter: den kosmologiske konstant [8] . En anden nobelprismodtager, David Gross , mener, at det antropiske princip kun demonstrerer vores manglende evne til at besvare vanskelige spørgsmål [20] .

Ifølge G. E. Gorelik , "hører det antropiske princip i det væsentlige endnu ikke til fysikken, men til metafysikken " [21] . Akademiker L. B. Okun betragter begge typer antropiske principper som spekulative, men fortjener en diskussion [3] . Den amerikanske kosmolog Alex Vilenkin udtalte: "Den antropiske forklaring på finjustering er uvidenskabelig... Det antropiske princip kan kun tjene til at forklare, hvad vi allerede ved. Det forudsiger aldrig noget og kan derfor ikke verificeres . Lee Smolin , forfatteren til en af ​​de alternative teorier (se nedenfor) [23] er enig i dette . Også værd at bemærke[ hvorfor? ] at det antropiske princip ikke forklarer præcis, hvordan det finjusterede univers blev til , men kun præsenterer det faktum, at det eksisterer.

Alternativer

Kritikere af det antropiske princip påpeger sædvanligvis, at hvis de grundlæggende fysiske konstanter ikke er uafhængige, så forsvinder behovet for det antropiske princip, da muligheden for flere universer forsvinder. Andre alternativer er også blevet foreslået. Især fortsætter det videnskabelige samfund med at diskutere den oprindelige idé om "multiplikation af universer" ( fecund universer , det kaldes også teorien om "kosmologisk naturlig selektion", CNS, Cosmological Natural Selection ), som blev fremsat af Den amerikanske fysiker Lee Smolin .

Ifølge denne hypotese, "ud over" det sorte hul , opstår et nyt univers, hvor de grundlæggende fysiske konstanter kan afvige fra værdierne for universet, der indeholder dette sorte hul. Intelligente observatører kan dukke op i de universer, hvor værdierne af de grundlæggende konstanter favoriserer fremkomsten af ​​liv. Processen ligner mutationer og selektion i løbet af den biologiske evolution [24] . Smolin offentliggjorde en detaljeret beskrivelse af sin hypotese i bogen "The Life of the Cosmos" ( The Life of the Cosmos , 1999) [25] . Ifølge Smolin er hans model bedre end det antropiske princip til at forklare den " finjustering af universet ", der er nødvendig for livets fremkomst, da den har to vigtige fordele:

  1. I modsætning til det antropiske princip har Smolins model fysiske konsekvenser, der er eksperimentelt verificerbare.
  2. Livet i flere universer opstår ikke tilfældigt, men naturligt: ​​flere "efterkommere" i løbet af udvælgelsen har de universer, hvis parametre fører til fremkomsten af ​​et større antal sorte huller, og de samme parametre, ifølge Smolin, favoriserer muligheden om livets oprindelse.

En række fysikere og filosoffer var ret skeptiske over for Smolins idé [26] [27] . Smolins modstander var den kendte kosmolog Leonard Susskind , som ikke desto mindre vurderede denne hypotese ret højt [28] . Diskussionen af ​​Smolin og Susskind (2004) om det antropiske princips rolle i videnskaben vakte stor interesse i det videnskabelige samfund [29] .

Filosofiske vurderinger

Stanisław Lem skrev, at dette princip, taget bogstaveligt, forklarer det ukendte gennem det ukendte, desuden ifølge logikken i en ond cirkel . Med samme grund kan det argumenteres om enhver genstand, at det er ham, der er universets "mål", og ikke mennesker, for eksempel frimærker , selvom deres eksistens for universet er helt valgfri [30] .

Den kendte kosmolog Martin Rees bemærkede, at det antropiske princip alene ikke afslører de grundlæggende årsager til universets "finjustering":

Jeg er imponeret over metaforen om den canadiske filosof John Leslie . Forestil dig, at du står foran et skudhold. Halvtreds mennesker sigter på dig, men de savner alle. Hvis nogen ikke var gået glip af, ville du ikke have overlevet og kunne ikke tænke på det. Men du kan ikke bare glemme det - du er forundret og vil lede efter årsagerne til dit fantastiske held. [31]

Nogle troende videnskabsmænd - for eksempel fysikeren og filosoffen John Polkinhorn - foretrækker at betragte universets finjustering som et af beviserne på Guds eksistens [31] .

Det antropiske princip kommer tilsyneladende i konflikt med Copernicus' kosmologiske princip , som siger, at det sted, hvor menneskeheden eksisterer, ikke er privilegeret, på en eller anden måde adskilt fra andre. Hvis vi udvider begrebet "sted" til hele universet , så er ovenstående forhold mellem de grundlæggende konstanter, som gør eksistensen af ​​tilstrækkeligt højt organiseret stof mulig, nødvendige for fremkomsten af ​​intelligent liv, og følgelig kun nogle af ensemblet af mulige universer er beboelige; i denne forstand er visse områder i parameterrummet fremhævet. I det almindelige fysiske rum indtager solsystemet også en ret speciel position - dets bane i galaksen er placeret på den såkaldte corotationscirkel , hvor omdrejningsperioden for en stjerne omkring galaksens kerne falder sammen med omdrejningsperioden af spiralarme - steder for aktiv stjernedannelse . Således passerer Solen (i modsætning til de fleste stjerner i galaksen) meget sjældent gennem armene, hvor tætte supernovaeksplosioner er sandsynlige med mulige fatale konsekvenser for livet på Jorden.

Syntesen af ​​det antropiske princip og det kopernikanske princip er påstanden om, at områderne med mulige parametre, der er afgørende for fremkomsten af ​​intelligent liv, fremhæves, mens de parametre, hvis specifikke værdier ikke påvirker sandsynligheden for fremkomsten af ​​intelligent liv ikke tendens til nogen særlige værdier. Så den position, som vores galakse indtager i universet - en af ​​milliarder af spiralgalakser - er ikke fremhævet af noget.

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 Carter B. Sammenfald af store tal og det antropologiske princip i kosmologi // Kosmologi. Teorier og observationer. M., 1978. S. 369-370.
  2. ↑ ' 'Idlis G. M. // Izv. Astroph. in-ta KazSSR. 1958. V. 7. S. 52.
  3. ↑ 1 2 Okun L. B. Fysikkens grundlæggende konstanter. Arkiveret 7. juni 2020 på Wayback Machine // Uspekhi fizicheskikh nauk , 161 (9), 1991.
  4. ↑ Wheeler JA Genesis and Observership // Grundlæggende problemer i specialvidenskaberne. Dordrecht, 1977. R. 27.
  5. ↑ Antropisk princip Arkiveret 27. september 2011 på Wayback Machine 
  6. ↑ Charugin V. M. , Baksansky O. E. Menneskets plads i universet  // Earth and the Universe . - 1993. - Nr. 6 . - S. 73-78 .
  7. ↑ Brian Green . Den skjulte virkelighed: parallelle universer og de dybe love i kosmos. New York: Alfred A. Knopf, 2011. ISBN 978-0-307-27812-8 .
  8. ↑ 1 2 3 Kapitel IX: Skitser af den endelige teori. // Weinberg S. Drømmer om den endelige teori. Fysik på jagt efter de mest fundamentale naturlove. — M.: LKI, 2008. — 256 s. ISBN 978-5-382-00590-4 .
  9. ↑ 1 2 Balashov Yu. V., 1990 , s. 32.
  10. ↑ Idlis G. M. Hovedtrækkene i det observerbare astronomiske univers som karakteristiske egenskaber for et beboeligt rumsystem // Izv. Astroph. in-ta KazSSR. 1958. V. 7. S. 40-53.
  11. ↑ Dicke RH Diracs kosmologi og Machs princip // Nature . 1961 bind. 192. nr. 4801. S. 440-441.
  12. ↑ Barrow JD, Tipler FJ Det antropiske kosmologiske princip. Oxford, 1986.
  13. ↑ Ehrenfest P. Hvordan viser fysikkens grundlæggende love, at rummet har tre dimensioner?
    I bogen: Gorelik G. E. Dimension of space: Historical and methodological analysis. - M .: Forlag ved Moscow State University , 1983. - 216 s. - S. 197-205.
    Oversættelse af artiklen:
    Ehrenfest P. På hvilken måde bliver det manifesteret i fysikkens grundlæggende love, at rummet har tre dimensioner? — Proc. Amsterdam Acad., 1917, v. 20, s. 200-209.
  14. ↑ Lubos Motl. Hvorfor er der ingen dynamik i 3D generel relativitetsteori? . Hentet 23. juli 2012. Arkiveret fra originalen 23. juli 2012.
  15. ↑ Novikov I. D. Hvordan universet eksploderede. — M .: Nauka , 1988. — 141 s. — ISBN 5-02-013881-9 .
  16. ↑ Mullan DJ, MacDonald J. . Det antropiske princip og finjustering i universet , Journal of Cosmology, 2011, bind 13, 4166-4173. Arkiveret fra originalen den 11. juli 2020. Hentet 18. december 2013.
  17. ↑ Bradford RAW Effekten af ​​hypotetisk diprotonstabilitet på universet  // Journal of Astrophysics and Astronomy. - juni 2009. - T. 30 , no. 2 . - S. 119-131 . - doi : 10.1007/s12036-009-0005-x .
  18. ↑ Linde A.D. Inflation, kvantekosmologi og det antropiske princip Arkiveret 5. januar 2005 på Wayback Machine . // "Science and Ultimate Reality: From Quantum to Cosmos", til ære for John Wheelers 90-års fødselsdag. JD Barrow, PCW Davies og CL Harper eds. Cambridge University Press (2003)
  19. ↑ Steven Weinberg. Drømmer om en endelig teori. Fysik på jagt efter de mest fundamentale naturlove. Kapitel X: På vej mod målet. M.: LKI, 2008. 256 s. ISBN 978-5-382-00590-4 .
  20. ↑ Gross D. "Jeg vil vædde på, at supersymmetri vil blive opdaget" Arkivkopi dateret 13. oktober 2011 på Wayback Machine (spørgsmål blev stillet af A. G. Sergeev og S. B. Popov ) // Elements.ru , 06/24/2006.
  21. ↑ Gorelik G.E. Sammenfald af store tal i kosmologien i det 20. århundrede. // Weil G. Matematisk tænkning . - M . : Nauka , 1989. - S.  384 . — ISBN 5-02-013910-6 .
  22. ↑ Antropiske ejendele (kapitel 13) // Vilenkin A. Mange verdeners verden. Fysikere på jagt efter andre universer = Mange verdener i ét: Søgen efter andre universer. — M .: AST , 2018. — 288 s. — (Fantastisk Univers). - ISBN 978-5-17-111013-0 .
  23. ↑ Lee Smolin. Videnskabelige alternativer til det antropiske princip Arkiveret 24. maj 2020 på Wayback Machine .
  24. ↑ Lee Smolin. Videnskabelige alternativer til det antropiske princip. Arkiveret 24. maj 2020 på Wayback Machine , 2004
  25. ↑ Lee Smolin. Kosmos liv. - London: Weidenfeld & Nicolson, 1997. - ISBN 0-297-81727-2 .
  26. ↑ John Polkinghorne , Nicholas Beale (2009). Spørgsmål om sandhed. Westminster John Knox: 106-111.
  27. ↑ Smart, John M. Evo Devo Universe? // Cosmos & Culture: Cultural Evolution in a Cosmic Context  (Rom.) / Dick, Steven J.; Lupisella, Mark L. - NASA Press. — (NASA History Series). - ISBN 978-0-16-083119-5 .
  28. ↑ Leonard Susskind, Cosmic Natural Selection. . Hentet 23. juni 2020. Arkiveret fra originalen 20. oktober 2020.
  29. ↑ Smolin vs. Susskind: The Anthropic Principle" Arkiveret 15. maj 2009 på Wayback Machine Edge Edge (18. august 2004)
  30. ↑ Lem S. Das Katastrophenprinzip. Die kreative Zerstörung im Weltall [= Destruktionsprincippet som et kreativt princip. Verden som udslettelse]: Aus Lems Bibliothek des 21. Jahrhunderts . – Frankfurt am Main: Suhrkamp Taschenbuch Verlag, 1983.
  31. ↑ 1 2 Rhys, Martin. Tilfældighed, forsyn eller multiverset? // Seks tal i alt. The Major Forces That Shape the Universe [= Bare seks tal: The Deep Forces That Shape the Universe, 1999]. - M.  : Alpina Publisher, 2018. - S. 195. - 226 s. - ISBN 978-5-00139-008-4 .

Litteratur

på russisk på andre sprog

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger