Antrooppinen periaate on argumentti "Näemme maailmankaikkeuden tällaisena, koska vain sellaisessa universumissa on voinut syntyä tarkkailija, henkilö " . Tätä periaatetta ehdotettiin selittämään tieteellisestä näkökulmasta, miksi havaittavassa maailmankaikkeudessa on useita ei-triviaaleja suhteita fyysisten perusparametrien välillä, jotka ovat välttämättömiä älykkään elämän olemassaololle .
Usein on olemassa vahvoja ja heikkoja antrooppisia periaatteita [1] .
Vahvan AP:n muunnos on APU (Anthropic Participation Principle), jonka John Wheeler muotoili vuonna 1983 [4] [5] :
Tarkkailijat ovat välttämättömiä olemisen universumin saavuttamiseksi
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] Tarkkailijoita tarvitaan maailmankaikkeuden synnyttämiseksiEro näiden muotoilujen välillä voidaan selittää seuraavasti: vahva antrooppinen periaate koskee koko maailmankaikkeutta sen evoluution kaikissa vaiheissa, kun taas heikko koskee vain niitä alueita ja jaksoja, jolloin älyllistä elämää voi teoreettisesti ilmaantua. Heikko periaate seuraa vahvasta periaatteesta, mutta ei päinvastoin [6] .
Antrooppisen periaatteen muotoilu perustuu olettamukseen, että meidän aikanamme havaitut luonnonlait eivät ole ainoita, jotka todella ovat olemassa (tai ovat olleet olemassa), eli universumien, joilla on muita lakeja, on oltava todellisia [7] . Fyysikot ovat tutkineet useita vaihtoehtoja vaihtoehtoisten universumien sijoittamiseksi tilaan ja aikaan [8] [9] :
Termiä "antrooppinen periaate" ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1973 englantilainen fyysikko Brandon Carter [1] . Kuitenkin, kuten tieteen historioitsijat ovat havainneet, itse ajatus on ilmaistu toistuvasti aiemmin. Sen muotoilivat ensimmäisen kerran fyysikko A. L. Zelmanov vuonna 1955 ja tieteen historioitsija G. M. Idlis All-Unionin konferenssissa ekstragalaktisen tähtitieteen ja kosmologian ongelmista (1957) [10] . Vuonna 1961 saman ajatuksen julkaisi R. Dicke [11] .
Brandon Carter muotoili yllä olevassa 1973 artikkelissa myös vahvoja ja heikkoja versioita antrooppisesta periaatteesta. Carterin artikkeli nosti aiheen esiin, ja mielipiteitä ilmaisivat paitsi fyysikot, myös monet muut, toimittajista uskonnonfilosofeihin. Vuonna 1986 julkaistiin ensimmäinen monografia: J. D. Barrow ja F. J. Tipler , "The Anthropic Cosmological Principle", jossa tunnustettiin G. M. Idlisin prioriteetti [12] . Vuonna 1988 ensimmäinen antrooppiselle periaatteelle omistettu tieteellinen konferenssi pidettiin Venetsiassa ; Jatkossa antrooppista periaatetta käsiteltiin jatkuvasti sekä erityisfoorumeilla että keskustelussa fysiikan, kosmologian, filosofian ja teologian peruskysymyksistä.
Monien dimensioimattomien (eli yksikköjärjestelmästä riippumattomien) fyysisten perusparametrien, kuten alkuainehiukkasten massasuhteet, perusvuorovaikutusten dimensiottomat vakiot, numeeriset arvot eivät näytä olevan minkään säännönmukaisuuden alaisia. Kuitenkin käy ilmi, että jos nämä parametrit poikkesivat havaitsemistaan arvoista vain vähän, älyllistä elämää (tässä mielessä, johon olemme tottuneet) ei voisi muodostua.
Ensinnäkin se tosiasia, että havaitsemamme ilmiöt voivat syntyä vain kolmiulotteisessa avaruudessa, on silmiinpistävää. Joten, jos avaruusulottuvuus on suurempi kuin kolme, kun otetaan käyttöön Newtonin gravitaatiolaki, planeettojen vakaat kiertoradat tähtien gravitaatiokentässä ovat mahdottomia. Lisäksi tässä tapauksessa aineen atomirakenne olisi myös mahdoton (elektroneja putoaisi ytimiin jopa kvanttimekaniikan puitteissa ). Juuri kun ulottuvuuksien lukumäärä on enemmän kuin kolme, kvanttimekaniikka ennustaa vetyatomissa olevan elektronin äärettömän energiaspektrin, mikä sallii sekä positiiviset että negatiiviset energiaarvot. Jos mitat ovat alle kolme, liike tapahtuisi aina rajoitetulla alueella. Vain silloin , kun sekä stabiilit äärelliset että äärettömät liikkeet ovat mahdollisia [13] .
Yllä olevat argumentit viittaavat tapaukseen, jossa ongelmaa käsitellään ei-relativistisesti. Jos yritämme laajentaa yleistä suhteellisuusteoriaa nykyaikaisena gravitaatioteoriana aika-avaruuteen, jossa on erilainen tilaulottuvuus, niin kuva on päinvastainen: kahdella tilaulottuvuudella gravitaatiossa vuorovaikutuksessa olevat kappaleet eivät voi missään olosuhteissa muodostaa toisiinsa liittyvää järjestelmää. (tämä on tiedetty yleisessä suhteellisuusteoriassa pitkään ja se löydettiin 1960-luvulla, katso kosmiset kielet ) [14] , ja kun avaruuden ulottuvuuksien lukumäärä on suurempi kuin kolme, gravitaatiovuorovaikutus on päinvastoin niin voimakas, että se ei salli kappaleiden loputonta liikettä. Siten yleisen suhteellisuusteorian rajoittava siirtyminen Newtonin gravitaatioteoriaan on mahdollista vain kolmen ulottuvuuden avaruudessa.
On myös mielenkiintoista, että hiukkasfysiikan standardimalli , joka perustuu Yang-Millsin kenttien teoriaan, ei ole renormalisoitavissa yli kolmen ulottuvuuden tilassa.
Vapaa neutroni on raskaampaa kuin protoni + elektronijärjestelmä , minkä vuoksi vetyatomi on stabiili. Jos neutroni olisi vähintään prosentin kymmenesosan kevyempi, vetyatomi muuttuisi nopeasti neutroniksi. Jos elektronin massa ylittää neutronin ja protonin massojen välisen eron, maailmankaikkeuden kemiallinen koostumus muuttuisi radikaalisti. Siitä puuttuisi vetyä ja siksi tähdet tavallisessa merkityksessään, elämä [15] .
Tiedetään, että kahden hiukkasen sidotun tilan muodostamiseksi (tavallisessa, kolmiulotteisessa avaruudessa) on välttämätöntä, paitsi että ne houkuttelevat, vaan myös, että tämä vetovoima on riittävän vahva. Protonin ja neutronin välinen vetovoima on melkein "reunalla": niiden sidottu tila ( deuteron ) on olemassa, mutta se on heikosti sidottu ja siksi sillä on melko suuret geometriset mitat. Tämä johtaa siihen, että vedyn palamisen reaktio tähdissä on erittäin tehokas. Jos protoni-neutroni-vuorovaikutuksen voima olisi pienempi, deuteroni olisi epävakaa ja koko vedyn palamisketju katkeaisi. Jos kytkentävakio olisi huomattavasti vahvempi, niin deuteronin koko olisi pienempi, eikä palamisreaktio olisi niin voimakas. Molemmissa tapauksissa kävisi ilmi, että tähdet palaisivat vähemmän intensiivisesti, mikä ei voinut muuta kuin vaikuttaa elämään.
Toisaalta tiedetään, että kaksi protonia ei pysty muodostamaan sidottua tilaa: vahva vuorovaikutus, vaikka se ylittääkin Coulombin esteen , ei silti ole tarpeeksi vahva. Jos vahva voimavakio olisi hieman suurempi, diprotonit (heliumytimet, joiden massa on 2) olisivat pysyviä hiukkasia. Tällä olisi todennäköisesti katastrofaaliset seuraukset universumin evoluutiolle: sen ensimmäisinä päivinä kaikki vety palaisi helium -2:ksi, ja tähtien olemassaolo olisi mahdotonta [16] [17] .
Kosmologisen vakiomallin mukaan universumin aine oli heti alkuräjähdyksen jälkeen lähes kokonaan vedyn ja heliumin muodossa . Heliumytimet itsessään ovat käytännössä stabiileja, ja siksi ei ole ollenkaan ilmeistä, että raskaampia alkuaineita muodostuisi suuria määriä poltettaessa tähtiä. Todellakin, jo ensimmäisessä vaiheessa on este: kaksi heliumydintä ei muodosta stabiilia beryllium-8- ydintä (tämä nuklidi hajoaa 10 −18 sekunnissa). Ei ole olemassa stabiileja ytimiä, joiden massaluku on A = 5 ja jotka voisivat muodostua fuusioimalla alfahiukkanen protonin tai neutronin kanssa. Periaatteessa kolme helium-4-ydintä voi muodostaa stabiilin hiili-12- ytimen , mutta todennäköisyys, että kolme alfahiukkasta törmää samanaikaisesti, on niin pieni, että ilman "ulkopuolista apua" tällaisen reaktion nopeus olisi mitätön merkittävän määrän hiiltä muodostumista jopa tähtitieteellisellä aikaskaalalla.
Tällaisen ulkopuolisen avun roolia esittää hiili-12:n resonanssi (viritetty tila), jonka energia on 7,65 MeV. Koska se on käytännössä degeneroitunut kolmen alfahiukkasen tilassa, se lisää radikaalisti reaktion poikkileikkausta ja nopeuttaa heliumin palamisprosessia. Hänen ansiostaan tähtien evoluution viimeisessä vaiheessa muodostuu raskaita alkuaineita, jotka supernovaräjähdyksen jälkeen hajoavat avaruudessa ja muodostavat myöhemmin planeettoja.
Periaatteessa ydinresonanssien esiintyminen ei ole yllättävää. Vain satunnainen ("valittu") resonanssiviritysenergian numeerinen arvo on todella epätavallinen. Joten H. Oberhummerin teoksessa, A. Csoto ja H. Schlattl, Science 289, 88 (2000); Nuclear Physics A 689, 269c (2001) ( nucl-th/9810057 ) osoittaa, että jos nukleoni-nukleonikytkentävakio eroaisi vähintään 4 %, tähdissä ei muodostuisi lähes yhtään hiiltä.
Yleisesti ottaen yllä olevat argumentit huomioon ottaen on tunne, että kaikki maailmankaikkeudessa on "asetettu" niin, että elämä voi muodostua ja olla olemassa pitkään. Kreationistit ja älykkään luomisen teorian kannattajat käyttävät tätä tunnetta argumenttina . Matemaatikko M. Ikeda ja tähtitieteilijä W. Jefferis kuitenkin väittävät , että tämä tunne on seurausta virheellisestä ehdollisten todennäköisyyksien intuitiivisesta arviosta .
V. Agrawal et ai., Physical Review D57 (1998) 5480-5492 ( hep-ph/9707380 ) osoittivat, että riittävän monimutkaisten kemiallisten alkuaineiden joukkojen muodostamiseksi tarvitaan Higgsin kentän keskiarvo sähköheikossa teoria ei ylitä havaittua arvoa ( GeV) enempää kuin viisi kertaa.
Useat fyysikot ovat yrittäneet johtaa antrooppista periaatetta erilaisista fysikaalisista näkökohdista. Lyhyt katsaus tällaisiin malleihin on annettu A. D. Linden artikkelissa [18] .
Muut tutkijat huomauttavat, että universumien (tai maailmankaikkeuden osien) olemassaolosta, joilla on erilaiset fysiikan lait, joihin sekä antrooppinen periaate että sen sisältävät mallit perustuvat, ei ole kokeellista näyttöä. Nobel -palkittu Steven Weinberg totesi, että antrooppisella periaatteella "on jonkin verran kyseenalainen asema fysiikassa", koska "tällaisen antrooppisen periaatteen tulkinnan heikko kohta on universumien moninaisuuden käsitteen epämääräisyys" [8] . Hän huomautti ironisesti, että "jos kaikki nämä universumit ovat saavuttamattomia ja tuntemattomia, niiden olemassaolon väittämisessä ei näytä olevan mitään järkeä, paitsi että vältetään kysymys, miksi niitä ei ole olemassa" [19] . Weinberg uskoo, että antrooppinen periaate, jos se säilyy fysiikassa, selittää vain yhden parametrin: kosmologisen vakion [8] . Toinen Nobel-palkittu David Gross uskoo, että antrooppinen periaate vain osoittaa kyvyttömyytemme vastata vaikeisiin kysymyksiin [20] .
G. E. Gorelikin mukaan "antrooppinen periaate ei periaatteessa vielä kuulu fysiikkaan, vaan metafysiikkaan " [21] . Akateemikko L. B. Okun pitää molempia antrooppisia periaatteita spekulatiivisina, mutta keskustelun ansaitsevina [3] . Amerikkalainen kosmologi Alex Vilenkin totesi: "Antrooppinen selitys hienosäädöstä on epätieteellinen... Antrooppinen periaate voi vain selittää sen, minkä jo tiedämme. Se ei koskaan ennusta mitään, joten sitä ei voida varmistaa . Lee Smolin , yhden vaihtoehtoisten teorioiden kirjoittaja (katso alla) [23] on samaa mieltä tämän kanssa . Myös huomion arvoinen[ miksi? ] , että antrooppinen periaate ei selitä tarkalleen kuinka hienosäädetty maailmankaikkeus syntyi , vaan esittää vain sen olemassaolon.
Antrooppisen periaatteen kriitikot huomauttavat yleensä, että jos fyysiset perusvakiot eivät ole riippumattomia, niin tarve antrooppiselle periaatteelle katoaa, koska useiden universumien mahdollisuus katoaa. Myös muita vaihtoehtoja on ehdotettu. Erityisesti tiedeyhteisö jatkaa keskustelua alkuperäisestä ideasta "universumien moninkertaistumisesta" ( hedelmälliset universumit , sitä kutsutaan myös "kosmologisen luonnollisen valinnan" teoriaksi, CNS, kosmologinen luonnonvalinta ), jonka esitti Amerikkalainen fyysikko Lee Smolin .
Tämän hypoteesin mukaan " mustan aukon taakse" syntyy uusi universumi, jossa fyysiset perusvakiot voivat poiketa tämän mustan aukon sisältävän universumin arvoista. Älykkäitä tarkkailijoita voi esiintyä niissä universumeissa, joissa perusvakioiden arvot suosivat elämän syntyä. Prosessi muistuttaa mutaatioita ja valintaa biologisen evoluution aikana [24] . Smolin julkaisi yksityiskohtaisen kuvauksen hypoteesistaan kirjassa "The Life of the Cosmos" ( The Life of the Cosmos , 1999) [25] . Smolinin mukaan hänen mallinsa on antrooppista periaatetta parempi selittämään elämän syntymiselle tarpeellista " universumin hienosäätöä ", koska sillä on kaksi tärkeää etua:
Useat fyysikot ja filosofit suhtautuivat melko skeptisesti Smolinin ideaan [26] [27] . Smolinin vastustaja oli tunnettu kosmologi Leonard Susskind , joka kuitenkin arvioi tämän hypoteesin varsin korkealle [28] . Smolinin ja Susskindin (2004) keskustelu antrooppisen periaatteen roolista tieteessä herätti suurta kiinnostusta tiedeyhteisössä [29] .
Stanisław Lem kirjoitti, että tämä kirjaimellisesti otettu periaate selittää tuntemattoman tuntemattoman kautta, lisäksi noidankehän logiikan mukaisesti . Samasta syystä voidaan väittää mistä tahansa esineestä, että hän on maailmankaikkeuden "tavoite" eikä ihmiset, esimerkiksi postimerkit , vaikka niiden olemassaolo universumille on täysin valinnaista [30] .
Tunnettu kosmologi Martin Rees havaitsi, että antrooppinen periaate ei yksin paljasta maailmankaikkeuden "hienosäädön" perimmäisiä syitä:
Olen vaikuttunut kanadalaisen filosofin John Leslien metaforasta . Kuvittele, että seisot ampumaryhmän edessä. Viisikymmentä ihmistä tähtää sinuun, mutta kaikki kaipaavat. Jos joku ei olisi jäänyt huomaamatta, et olisi selvinnyt etkä voinut ajatella sitä. Mutta et voi vain unohtaa sitä - olet ymmälläsi ja etsit syitä fantastiselle onnellesi. [31]
Jotkut uskovat tiedemiehet - esimerkiksi fyysikko ja filosofi John Polkinhorn - pitävät parempana maailmankaikkeuden hienosäätöä yhtenä todisteena Jumalan olemassaolosta [31] .
Antrooppinen periaate on ilmeisessä ristiriidassa Kopernikuksen kosmologisen periaatteen kanssa , jonka mukaan paikka, jossa ihmiskunta on, ei ole etuoikeutettu, jotenkin erottuu muista. Jos laajennamme "paikan" käsitettä koko universumiin , niin yllä olevat perusvakioiden väliset suhteet, jotka mahdollistavat riittävän hyvin organisoituneen aineen olemassaolon, ovat välttämättömiä älykkään elämän syntymiselle, ja näin ollen vain osa mahdollisten universumien kokonaisuus on asumiskelpoinen; tässä mielessä tietyt alueet parametriavaruudessa korostetaan. Tavallisessa fysikaalisessa avaruudessa aurinkokunnassa on myös melko erityinen asema - sen kiertorata galaksissa sijaitsee niin sanotulla korotaatioympyrällä , jossa tähtien kiertoaika galaksin ytimen ympärillä on sama kuin vallankumousjakso. spiraalivarret - aktiivisen tähtienmuodostuksen paikat . Siten Aurinko (toisin kuin useimmat galaksin tähdet) kulkee hyvin harvoin käsivarsien läpi, joissa on todennäköistä läheiset supernovaräjähdykset, joilla voi olla kohtalokkaita seurauksia maapallon elämälle.
Antrooppisen periaatteen ja Kopernikaanisen periaatteen synteesi on väite, että älyllisen elämän syntymiselle välttämättömien mahdollisten parametrien alueet korostuvat, kun taas parametrit, joiden erityisarvot eivät vaikuta älyllisen elämän syntymisen todennäköisyyteen. älä taipu mihinkään erityisiin arvoihin. Joten galaksimme asemaa maailmankaikkeudessa - yhdessä miljardeista spiraaligalakseista - ei korosta mikään.
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|