Антропный принцип

3

Введение                                                                                                                

       По мере накопления нами знаний о космосе возрастал объем имеющейся у нас информации об устройстве и макромира, и микромира. И становилось все очевиднее, что, сложись хоть что-то в процессе возникновения и эволюции Вселенной хотя бы незначительно иначе, чем оно было, нас бы с вами попросту не было, и некому было бы размышлять о порядке мироустройства. То есть, все выглядит так, будто Вселенная действительно была изначально задумана как своего рода Эдем — райский сад, где все благоприятствовало зарождению человечества, — и замысел этот поражает грандиозностью своего масштаба.

        Окажись чуть интенсивнее силы взаимного гравитационного притяжения материальных тел — и расширение Вселенной прекратилось бы, практически не успев начаться, — мир буквально сжался бы обратно в бесструктурную массу, не успев по-настоящему родиться; по крайней мере, до формирования звезд с планетными системами, не говоря уже о зарождении ни них жизни, дело бы дойти не успело. Если бы, напротив, сила тяжести оказалась несколько ниже наблюдаемой, вещество Вселенной попросту распылилось бы, не успев и не сумев локализоваться в звездно-планетарные системы. Из всех возможных значений константы гравитационного протяжения лишь мизерный интервал ее значений приводит к формированию устойчивой и жизнеспособной Вселенной.                                                             

         И то же самое можно сказать практически о любой фундаментальной константе, определяющей физические свойства наблюдаемого нами материального мира. Случись, например, единичному электрическому заряду элементарных частиц оказаться чуть выше наблюдаемой величины, и сила взаимного электростатического отталкивания положительно заряженных протонов не дала бы сложиться ядрам наблюдаемых нами сегодня химических элементов, из которых сложена Вселенная. Окажись же единичный электрический заряд чуть ниже, электроны не смогли бы

4

закрепиться на орбитах вокруг ядра. И в том, и в другом случае до зарождения жизни во Вселенной (и  до появления нас с вами) дело бы никак не дошло. Или, если бы сильные взаимодействия внутри ядра, удерживающие вместе нуклоны (протоны и нейтроны) оказались слабее, чем они есть, нестабильными оказались бы подавляющее большинство стабильных ядер базовых химических элементов, образовавшихся вскоре после Большого взрыва, из которых и сформировалась та Вселенная, которую мы сегодня наблюдаем. А, окажись они сильнее чем есть, стали бы невозможными термоядерные реакции, дающие энергию звездам и обеспечивающие «энергоснабжение» планет.

     Антропный принцип, согласно которому возможность появления человека во Вселенной обусловлена рядом характеризующих ее фундаментальных констант и параметров, уже занял достойное место в культуре. Тем не менее, он продолжает вызывать жесткие дискуссии, которые выходят иногда за общепринятые научные рамки. Причин много, включая и ту, что антропный принцип предназначен объяснить, почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем. Объяснение выглядит нередко так: "... потому, что существует человек". Однако формулировки АП и его модификаций для целей научного объяснения мало подходят хотя бы уже потому, что в некоторых случаях они довольно неопределенны - настолько, что их путают сами специалисты.

     Таким образом,  все фундаментальные константы, взятые по совокупности, имеют очень узкий интервал допустимых значений, при которых Вселенная в том виде, в котором она перед нами предстает и обеспечивает условия для зарождения жизни, могла возникнуть и стабильно развиваться.

 

 

 

 

5

1. Антропный принцип

  Антропный принцип- один из фундаментальных принципов современной космологии, который фиксирует связь между крупномасштабными свойствами нашей Вселенной (Метагалактики) и существованием в ней человека, наблюдения.

Термин «антропный принцип» впервые предложил в 1973 году английский физик Брэндон Картер. Впрочем, как обнаружили историки науки, сама идея неоднократно высказывалась и ранее. Первыми её ясно высказали физик А. Л. Зельманов в 1955 году и историк науки Г. М. Идлис на Всесоюзной конференции по проблемам внегалактической астрономии и космологии (1957). В 1961 году ту же мысль опубликовал Р. Дикке.

Согласно Картеру мы имеем  два формально раздельных космологических  вселенских антропных принципа — слабый и сильный.

Термин «антропный принцип» впервые предложил в 1973 году английский физик Брэндон Картер . Впрочем, как обнаружили историки науки, сама идея неоднократно высказывалась и ранее. Первыми её ясно высказали физик А. Л. Зельманов в 1955 году и историк науки Г. М. Идлис на Всесоюзной конференции по проблемам внегалактической астрономии и космологии (1957).  В 1961 году ту же мысль опубликовал Р. Дикке .

  Брэндон Картер в  вышеуказанной статье 1973 г. сформулировал также сильный и слабый варианты антропного принципа. Статья Картера привлекла к данной теме всеобщее внимание, свои мнения высказывали не только физики, но и многие другие — от журналистов до религиозных философов. В 1986 году вышла первая монография: Дж. Д. Барроу и Ф. Дж. Типлер, «Антропный космологический принцип», где признан приоритет Г. М. Идлиса . В 1988 году в Венеции прошла первая научная конференция, посвящённая антропному принципу, спустя год в СССР состоялся международный семинар «Антропный принцип в структуре научной картины мира: история и современность» . В дальнейшем антропный принцип постоянно затрагивался как на

6

специализированных форумах, так и при обсуждении фундаментальных  вопросов физики, космологии, философии  и теологии.

Наиболее часто приводят рассуждение о том, что если бы свойства Вселенной были бы иными, то человек, наблюдатель не мог бы возникнуть, и вопрос: почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем, просто некому было бы задавать. В области космологических  масштабов, писал А. Л. Зельманов, сама возможность существования познающего субъекта определяется свойствами изучаемого объекта: "... мы являемся свидетелями  процессов определенного типа потому, что процессы иного типа протекают  без свидетелей" [4, с.396]. Аналогичны, по сути, идеи Г. М. Идлиса, Б. Картера, С. Хоукинга и др. Объяснение, даваемое АП, состоит в следующем:

Формулировка антропного принципа опирается на предположение, что наблюдаемые в наше время  законы природы не являются единственными  реально существующими (или существовавшими), то есть должны быть реальны Вселенные  с иными законами. Физики исследовали  несколько вариантов размещения в пространстве и времени альтернативных Вселенных.

• Одна Вселенная, в ходе бесконечной эволюции которой физические константы меняются, принимая всевозможные значения. При благоприятном сочетании констант возникает разумный наблюдатель.
• Одна Вселенная, разбитая на множество невзаимодействующих пространственных областей с разными физическими законами. В тех областях, где имеется благоприятное сочетание фундаментальных констант, возникает разумный наблюдатель.
• Множество параллельных миров (Мультивселенная), реализующих разнообразные законы природы.
• Антропный принцип участия Уилера означает, что Вселенные без разумного наблюдателя не обретают статус реальности. Причина этого в том, что только наблюдатель в состоянии осуществить редукцию квантового состояния, переводящую ансамбль возможных состояний в одно, реальное. В

7

2005 году АПУ получает  свое естественное продолжение:  «Отправители необходимы для  привнесения сознания во Вселенную  [Senders are necessary to bring consciousness into the Universe])…  Другими словами, разумные низкоэнтропийные METI-сигналы представляют собой осознанный вклад в строение Вселенной»[12].

   Этот принцип был предложен с целью объяснить, с научной точки зрения, почему в наблюдаемой нами Вселенной имеет место ряд нетривиальных соотношений между фундаментальными физическими параметрами, которые необходимы для существования разумной жизни. Согласно Картеру мы имеем два формально раздельных космологических вселенских антропных принципа — слабый и сильный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

1.1 Слабый антропный принцип

     Во Вселенной встречаются разные значения мировых констант, но наблюдение некоторых их значений более вероятно, поскольку в регионах, где величины принимают эти значения, выше вероятность возникновения наблюдателя. Другими словами, значения мировых констант, резко отличные от наших, не наблюдаются, потому что там, где они есть, нет наблюдателей.

       Слабый антропный принцип просто утверждает, что устройство Вселенной допускает зарождение в ней биологической жизни. То есть, вопрос «почему Вселенная устроена именно так, как она устроена?» заменяется вопросом «Почему Вселенная устроена так, что в ней возникли разумные существа, задающиеся вопросом о причинах наблюдаемого устройства Вселенной?» То есть, сам факт возникновения вопроса относительно природы фундаментальных сил и законов уже подразумевает, что во Вселенной развились разумные формы жизни. Если бы, условно говоря, константы (такие, как постоянная всемирного тяготения) отличались от наблюдаемых, Вселенная эволюционировала бы по-иному, жизнь в ней попросту могла бы и не развиться, в результате чего вопросов о первопричинах возникновения Вселенной не возникло бы, как таковых.

В этой формулировке антропный  принцип не подразумевает, каких бы то ни было первопричин, по которым Вселенная сформировалась именно так, как она это сделала, и по которым фундаментальные природные константы таковы, как они есть. Допускается (теоретически) существование буквально бесчисленного множества других вселенных с другими наборами фундаментальных констант , но само возникновение форм разумной жизни возможно лишь во вселенных, подобных нашей, — то есть, достаточно устойчивых, чтобы в них успели развиться разумные формы жизни.

 Вот, к примеру, аналогия: если десять раз подряд подбросить монету, вероятность того, что десять раз подряд выпадет орел, составит (1/2)¹⁰ = 1/1024. То есть из 1024 серий по бросанию монеты 10 раз подряд вы, в среднем, лишь

9

единожды добьетесь результата, при котором монета все десять раз подряд упадет одной стороной кверху. Это строгое следствие  теории вероятностей, но, после того, как монета десять раз подряд выпала орлом, смысла задаваться вопросом, почему так случилось, нет и быть не может. Можно сколько угодно отслеживать и описывать траекторию хаотичного движения монеты в полете — никакой закономерности в выпадении орла или решки нет. В точности также из бесчисленного множества вероятных вселенных лишь у немногих есть шанс на то, что набор фундаментальных констант сложится в них благоприятным (с точки зрения их дальнейшего устойчивого развития) образом, — остальные же обречены на практически мгновенное сжатие до состояния протоматерии или распыление без образования устойчивых структур. И только в этих устойчивых вселенных может зародиться разумная жизнь, задающаяся вопросом о причинах своего происхождения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

1.2 Сильный антропный принцип

Некоторым ученым показалось мало для объяснения наблюдаемой пригодности нашей Вселенной для жизни, в результате чего был сформулирован сильный антропный принцип: Вселенная обязана быть устроена так, чтобы в ней могла зародиться разумная жизнь. В этой его версии принцип выходит за рамки слабого антропного принципа и утверждает, что зарождение жизни во Вселенной не только возможно (слабый принцип), но и фактически неизбежно. Сторонники этого взгляда на вещи обосновывают свою точку зрения тем, что имеется некий универсальный (и до сих пор не открытый) закон, согласно которому все фундаментальные вселенские константы попросту не могут отличаться от тех, которые мы имеем в объективной реальности. Крайняя точка зрения в этой космогонической традиции доходит до того, что не только универсальные константы предопределены, но и развитие сознающего разума во Вселенной неизбежно. Вселенная должна иметь свойства, позволяющие развиться разумной жизни.

Вариантом сильного АП является АПУ (Антропный принцип участия), сформулированный в 1983 году Джоном Уилером.

 Различие этих формулировок можно пояснить так: сильный антропный принцип относится к Вселенной в целом на всех этапах её эволюции, в то время как слабый касается только тех её регионов и тех периодов, когда в ней теоретически может появиться разумная жизнь. Из сильного принципа вытекает слабый, но не наоборот.

     Следует отметить, что в большинстве случаев  рассуждения по поводу объяснительных  функций АП во-первых, ведутся  безотносительно к интерпретациям  научного объяснения, разрабатываемым  в философии науки; во-вторых, существование человека в структуре  Вселенной само нуждается в  объяснении, включая научное. Отсюда  следует, что в антропных аргументах, как было сказано совсем по  другому поводу, "загадка объясняется  через тайну".

 

11

2. Антропный принцип и принцип Коперника

     Антропный принцип вступает в видимое противоречие с космологическим принципом Коперника, утверждающим, что место, где существует человечество, не является привилегированным, как-либо выделенным среди других. Если расширить понятие «место» на всю Вселенную, то отмеченные выше соотношения между фундаментальными константами, делающие возможным существование достаточно высокоорганизованной материи, являются необходимыми для возникновения разумной жизни, и, следовательно, лишь некоторые из ансамбля возможных вселенных являются пригодными для обитания; в этом смысле выделенными являются определённые области в пространстве параметров. В обычном физическом пространстве Солнечная система также занимает достаточно специальное положение - её орбита в Галактике находится на так называемой коротационной окружности, где период обращения звезды вокруг ядра Галактики совпадает с периодом обращения спиральных рукавов — мест активного звездообразования. Таким образом, Солнце (в отличие от большинства звёзд Галактики) очень редко проходит сквозь рукава, где вероятны близкие вспышки сверхновых с возможными фатальными последствиями для жизни на Земле.