Главная
Времена года
Антропный принцип в современном естествознании. Антропный принцип: самая исковерканная идея физики

Антропный принцип в современном естествознании. Антропный принцип: самая исковерканная идея физики

АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП

АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП (греч. anthropos - человек) - один из принципов современной космологии, устанавливающий зависимость существования человека как сложной системы и космического существа от физических параметров Вселенной (в частности, от фундаментальных физических постоянных - постоянной Планка, скорости света, массы протона и электрона и др.). Физические расчеты показывают, что если бы изменилась хотя бы одна из имеющихся фундаментальных постоянных (при неизменности остальных параметров и сохранении всех физических законов), то стало бы невозможным существование тех или иных физических объектов - ядер, атомов и т. д. (например, если уменьшить массу протона всего на 30%, то в нашем физическом мире отсутствовали бы любые атомы, кроме атомов водорода, и жизнь стала бы невозможной). Осмысление этих зависимостей и привело к выдвижению в науке и философии А.П. Существуют различные формулировки А.П., но чаще всего он используется в форме двух утверждений (слабого и сильного), выдвинутых в 1973 специалистом по теории гравитации Б. Картером. «Слабый» А.П. гласит: «То, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей». «Сильный» А.П. говорит о том, что «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей». Иными словами, наш мир оказался «устроенным» так удачно, что в нем возникли условия, при которых человек мог появиться. Очевидно, что в мировоззренческом плане А.П. во-шлощает в себе философскую идею взаимосвязи человека и Универсума, выдвинутую еще в античности и развиваемую целой плеядой философов и естествоиспытателей (Протагор, Анаксагор, Бруно, Циолковский, Вернадский, Чижевский, Тейяр де Шарден, Ф. Крик, Ф. Дайсон, Ф. Хойл и др.). А.П. допускает как религиозную, так и научную интерпретацию. Согласно первой, антропные характеристики Вселенной выглядят как «подтверждение веры в Творца, спроектировавшего мир так, чтобы удовлетворить в точности нашим требованиям» (Хойл). Научная позиция основана на тезисе о принципиальной возможности естественного существования множества миров, в которых воплощаются самые различные комбинации физических параметров и законов. При этом в одних мирах реализуются самые простые стационарные физические состояния, в других же возможно формирование сложных физических систем - в том числе и жизни в ее многообразных формах. Значение А.П. возрастает в наше время, для которого характерны космическая активность человека и все более серьезный поворот современной науки к гуманистической проблематике.


Новейший философский словарь. - Минск: Книжный Дом . А. А. Грицанов . 1999 .

Смотреть что такое "АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП" в других словарях:

    АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП один из фундаментальных принципов современной космологии, который фиксирует связь между крупномасштабными свойствами нашей Вселенной (Метагалактики) и существованием в ней человека, наблюдателя. Термин “антропный принцип”… … Философская энциклопедия

    Антропный принцип - Антропный принцип ♦ Anthropique, Principe Раз уж мы существуем, значит во Вселенной имеется некоторое число характеристик, без которых наше существование стало бы невозможным. Из этого положения и выводится антропный принцип, позволяющий… … Философский словарь Спонвиля

    Антропный принцип аргумент «Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек». Этот принцип был предложен с целью объяснить, с научной точки зрения, почему в наблюдаемой нами Вселенной имеет… … Википедия

    Принцип в космологии, согласно которому разумная жизнь во Вселенной является необходимым следствием фундаментальных ее свойств … Астрономический словарь

    Антропный принцип - принцип о возникновении человека в наблюдаемой части Вселенной имеет в настоящее время три варианта формулировок: 1) слабая: а) (краткая формулировка) физическая Вселенная, которую мы наблюдаем, представляет собой структуру, допускающую… … Начала современного естествознания

    Антропный принцип - принцип, гласящий, что Вселенная такова, какова она есть, потому, что мы ее наблюдаем, а если бы она сильно отличалась от того, что есть, ее было бы некому наблюдать; в разной форме высказывался разными авторами, чаще всего приписывается… … Мир Лема - словарь и путеводитель

    антропный принцип - Принцип, основывающийся на гипотезе о живой, одушевлённой Вселенной и предполагающий необходимость набора внешних условий (межгалактических, галактических, звёздных и планетных) для дальнейшей эволюции жизни. E. Anisotrope principle, principle of … Толковый уфологический словарь с эквивалентами на английском и немецком языках

    АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП - одно из базовых утверждений современной космологии, согласно которому имеет место удивительная приспособленность Вселенной к существованию в ней человека. Эта приспособленность выражается в наличии очень тонкой подгонки фундаментальных физических … Философия науки: Словарь основных терминов

    Антропный принцип - – фундаментальное положение, все более входящее в современную философию, которое рассматривает Вселенную как сложную самоорганизующуюся систему, важнейшим элементом которой является человек. Выражает все более углубляющееся включение человеческой … Словарь-справочник по философии для студентов лечебного, педиатрического и стоматологического факультетов

    Страница из рукописи Коперника, Земля не является центром Солнечной системы Принцип Коперника (иногда также называется … Википедия

Книги

  • Антропный принцип Книга стихов , Пугач В.. «Тема Вадима Пугача – современный городской интеллигент, зажатый между вечностью и бытом, между грозной историей и собственным душевным неуютом, – была бы и вовсеневыносимо трагична, если бы…

В широком смысле интересующий ученых вопрос звучит так: почему наша Вселенная такова, какова она есть? Какую роль в ее существовании играет или должен играть человек? Эти вопросы можно сформулировать иначе: почему физические постоянные - гравитационная, Планка, скорость света, заряд электрона и протона - имеют такие, а не иные значения, что случилось бы со Вселенной, если бы эти значения оказались другими? Правомерность этого вопроса определяется тем, что численные значения физических констант никак не обоснованы теоретически, они получены экспериментально и независимо друг от друга.

Неопределенная ситуация с физическими постоянными вызвала желание проверить, какими окажутся для Вселенной последствия изменения значений отдельных физических констант или целой их группы. Проведенный анализ привел к ошеломляющему выводу. Оказалось, что достаточно совсем небольших (в пределах 10-30%) отклонений значений констант в ту или другую сторону, и наша Вселенная окажется настолько упрощенной системой, что ни о каком направленном ее развития не может быть и речи. Не смогут существовать основные устойчивые состояния - ядра, атомы, звезды и галактики.

Например, увеличение постоянной Планка более чем на 15% лишает протон возможности объединяться с нейтроном, т.е. делает невозможным протекание первичного нуклеосинтеза. Тот же результат получится, если увеличить массу протона на 30%. Изменение значений этих физических констант в меньшую сторону открывает возможность для образования устойчивого ядра гелия, следствием чего явилось бы выгорание всего водорода на ранних стадиях расширения Вселенной. Таким образом, надо признать, что существуют очень узкие «ворота» подходящих значений физических констант, в границах которых возможно существование Вселенной.

Но на этом случайные совпадения не заканчиваются. Напомним о других случайностях, с которыми мы уже встречались раньше:

  • ? небольшая асимметрия между веществом и антивеществом позволила на ранней стадии образоваться барионной Вселенной, без чего она выродилась бы в фотонно-лептонную пустыню;
  • ? остановка первичного нуклеосинтеза на стадии образования ядер гелия, благодаря чему смогла возникнуть водородно-гелиевая Вселенная;
  • ? наличие у ядра углерода возбужденного электронного уровня с энергией, почти равной суммарной энергии трех ядер гелия, открыло возможность для протекания звездного нуклеосинтеза (в ходе этого процесса образовались все элементы таблицы Менделеева, более тяжелые, чем водород и гелий);
  • ? расположение энергетических уровней у ядра кислорода опять же случайно оказалось таким, что не позволяет в процессах звездного нуклеосинтеза превратиться всем ядрам углерода в кислород, а ведь углерод - основа органической химии и, следовательно, жизни.

Таким образом, наука столкнулась с большой группой фактов, раздельное рассмотрение которых создает впечатление о необъяснимых, случайных совпадениях, граничащих с чудом. Вероятность каждого подобного совпадения мала, а их совместное существование вовсе не вероятно. Тогда вполне обоснованной представляется постановка вопроса о существовании пока непознанных закономерностей (со следствиями которых мы столкнулись), способных организовать Вселенную определенным образом.

Итак, наличие «тонкой подстройки», определенных физических законов, свойств элементов и характера взаимодействий между ними определяют устройство нашей Вселенной. В ходе ее развития появились структурные элементы нарастающей сложности, а на одном из этапов развития появился наблюдатель (разумное существо, человек), способный обнаружить существование «тонкой подстройки» и задуматься о породивших ее причинах.

У наблюдателя, обладающего нашей системой восприятия мира и нашей логикой, неизбежно возникнут вопросы, случайна ли обнаруженная им «тонкая подстройка» Вселенной, предопределена ли она каким-то глобальным процессом самоорганизации. Всплывает старая проблема, волновавшая человечество на протяжении всей его сознательной истории: занимаем ли мы особое место в этом мире, или же это положение является результатом случайного развития? Признание «тонкой подстройки» закономерным природным явлением приводит к заключению, что с самого начала во Вселенной потенциально заложено появление «наблюдателя» на определенном этапе ее развития. Принятие такого вывода равносильно признанию существования у природы определенных целей. Иными словами, мы вновь возвращаемся к телеологизму, служившему основой средневекового мировоззрения, а в Новое время отброшенному, как тогда казалось, навсегда.

В такой ситуации был выдвинут и в настоящее время широко обсуждается антропный принцип. В 1970-е годы его в двух вариантах (слабом и сильном) сформулировал английский ученый Б. Картер.

Его слабый антропный принцип говорит: то, что мы предполагаем наблюдать во Вселенной, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя. Этот принцип интерпретируется так, что в ходе эволюции Вселенной могли существовать самые разные условия, но человек-наблюдатель видит мир только на том этапе, на котором реализовались условия, необходимые для его существования. В частности, для появления человека понадобилось, чтобы в ходе расширения вещества Вселенная прошла все те стадии, о которых говорилось выше. Понятно, что человек не мог наблюдать их, так как физические условия тогда не обеспечивали его появления. Но с другой стороны, все эти стадии могли протекать только в мире, где существовала «тонкая подстройка». Поэтому сам факт появления человека уже предопределяет то, что он должен увидеть: и современную Вселенную, и наличие в ней «тонкой подстройки». Раз человек есть, то он увидит вполне определенным образом устроенный мир, ибо ничего другого ему увидеть не дано.

Итак, слабый антропный принцип претендует на объяснение привилегированности той космологической эпохи, в которую мы живем (в которой во Вселенной существуют разумные существа). Правда, этот принцип в качестве условия предполагает, что появление разумных существ в принципе возможно в ту или иную эпоху, это не противоречит законам природы и общему характеру космологической эволюции.

Более серьезное содержание заложено в сильном антропном принципе - Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель. По существу, идет речь о случайном или закономерном происхождении «тонкой подстройки» Вселенной. Признание закономерного устройства Вселенной влечет за собой признание принципа, организующего ее. Если же считать «тонкую подстройку» случайной, то приходится постулировать множественное рождение вселенных, в каждой из которых случайным образом реализуются случайные значения физических постоянных, физические законы и т.п. В какой-то из них случайно возникнет «тонкая подстройка», обеспечивающая появление на определенном этапе наблюдателя, и он увидит вполне благоустроенный мир, о случайном возникновении которого первоначально не будет подозревать. Иными словами, в ансамбле вселенных реализуются все логически представимые типы физического устройства, а значит, существование хотя бы одного мира с благоприятным для эволюции жизни и разума набором параметров становится вполне тривиальным. Наше появление в любом другом мире просто исключено.

Если мы признаем «тонкую подстройку» изначально заложенной во Вселенной, то линия ее последующего развития предопределена, а появление наблюдателя на соответствующем этапе неизбежно. Из этого следует, что в родившейся Вселенной потенциально было заложено ее будущее, а процесс развития приобретает целенаправленный характер. Появление разума не только заранее «запланировано», но и имеет определенное предназначение, которое проявит себя в последующем процессе развития. Это - телеологическая интерпретация сильного антропного принципа, возрождающая старые теологические споры о божественном замысле.

Существует финалистский антропный принцип, предложенный Ф. Типлером, - во Вселенной должна возникнуть разумная обработка информации, и, раз возникнув, она никогда не прекратится. Это необычное для физика предсказание, основанное на идее, что природе небезразлична судьба разума. В таком случае можно допустить, что существуют некие неизвестные нам пока природные механизмы, обеспечивающие успешное прохождение Вселенной через все ключевые пункты эволюции вплоть до образования в ней сознания. Этот принцип является еще более жестким, чем сильный антропный принцип. Ведь в соответствии с ним устройство Вселенной должно обеспечивать необходимые условия не только для возникновения жизни и разума, но и для их вечного существования. А ведь мы помним, что все существующие космологические модели говорят о неизбежности гибели жизни и разума или в конечной сингулярности (закрытая модель), или в холоде почти пустого пространства (открытая модель).

Пока мы еще слишком мало знаем о Вселенной, ведь земная жизнь только малая часть гигантского целого. Но мы имеем право строить любые догадки, если они не противоречат познанным законам природы. И вполне возможно, если человечество продолжит свое существование, решив современные глобальные проблемы, если его способность познавать себя и окружающий мир сохранится, то одной из главных задач будущего научного поиска станет осознание своего предназначения во Вселенной.

Антропный принцип в последние десятилетия занимает все больше внимания в такой науке, как космология, которая отличается своей склонностью задавать вопросы, выходящие далеко за рамки самой этой науки. Фундаментальная монография Барроу и Типлера зафиксировала интерес к подобного рода теориям и была опубликована в ряде ведущих биологических, физических, философских, религиозных, теологических и научно-популярных изданий. В чем же причина такого повышенного внимания?

Почему все устроено именно так

Это первая причина популярности такого явления, как антропный принцип в космологии. Многие видят в нем ответ на вечный вопрос: почему все (природа в частности) устроено вот так, как сейчас, а не как-то иначе? Антропный принцип утверждает, что Вселенная по умолчанию обладает всеми свойствами, которые мы наблюдаем. Это происходит по той причине, что в другой Вселенной с другими свойствами наблюдаемого не было бы самого наблюдателя, поэтому просто никто бы не мог задавать такие вопросы про устройство мироздания. Это ведет к заключению, что существует некий «скрытый принцип», который и организует наш Универсум определенным образом. Антропный принцип рассматривается как основная попытка объяснить научно-таинственную структуру мира.

Философский мотив космологии

Существует ли единство человека и природы (Вселенной)? Антропный принцип затрагивает эту вечную философскую тему, а также задает вопрос о природе подобного единства (если оно существует). Ответы на этот вопрос всегда были диаметрально противоположны и часто выражены в парадоксальной и эпатирующей окружающих форме. Многие авторы вообще обходят антропный принцип стороной, а некоторые и вовсе критикуют и высказываются в негативном духе.

Влияние Коперника и Бруно

Антропный принцип, как считает один из его авторов - Картер, основан на реакции против слепого чрезмерного следования Копернику. Этот ученый в свое время утверждал, что мы не должны полагать, что занимает центральное и привилегированное положение в мире, не имея для этого веских оснований. Строго говоря, более правильно следовало бы называть этот принцип именем Джордано Бруно. Коперник лишил право Земли на особенное положение во Вселенной, но наделил Солнце таким статусом. Миропонимание, основанное на эквивалентности всех точек и мест в мире, пришло к нам от идей Бруно, например о «множественности Вселенных». Коперник же расширил данный идейный принцип до догмы, которая весьма сомнительна и заключается в том, что наше положение априори не привилегированно. Антропный космологический принцип считает эту теорию несостоятельной, так как Вселенная развивается и не является однородной в пространстве, а также потому, что благоприятные условия - прямая предпосылка к нашему появлению (температура, давление и так далее). Отсюда следует, что наше положение хоть и не привилегированное, но обязательно центральное. В чем это заключается? Антропный принцип Вселенной гласит, что именно сложные процессы организации разумных структур (человека) не что иное, как связь со свойствами расширения и эволюции нашей Вселенной.

Развитие теории

Антропный принцип имеет длинную мировоззренческую историю, истоки которой теряются в глубинах истории и культуры. Идея единства Вселенной и человека разрабатывалась во многих религиозных и философских учениях. В философии Востока, например, эта идея приняла форму «растворения» индивида в окружающем мире. В других направлениях, наоборот, был популярнее принцип антропоцентризма (например, у Аристотеля) или же «предустановленная гармония» Лейбница. В двадцатом веке проблематика единства Вселенной и человека стала привлекать внимание ученых все больше. Изначально антропный принцип разработан благодаря исследованиям Уоллеса, в которых можно найти попытку возродить телеологию и антропоцентризм. Также из его трудов можно вынести важнейший момент и основную идею о том, что человек - это венец органической сознательной жизни и не мог развиться просто так, по случайности. Уоллес писал о том, что огромное количество Вселенных вполне может существовать в бесконечном пространстве.

Современное становление

Антропный принцип семимильными шагами развивался на рубеже шестидесятых. Именно в это время выяснилось макроскопическое и микроскопическое строение Вселенной, без понимания которых сложно было бы детально говорить о том, как появился человек и почему. Отмечалась связь между длительным и быстрым расширением Универсума и условий, которые допускают развитие разума и цивилизации. Такой известный астроном, как Идлис, проанализировал проблемы, касающиеся возникновения жизни, с астрономической точки зрения. Были сделаны выводы, что расширение Вселенной благоприятствует протекающим в ней эволюционным процессам, что в конечном счете привело к заключению, что мы наблюдаем не произвольные области Мегагалактики, а только те, чья особая структура стала пригодной для развития и возникновения в ней жизни. Антропный космологический принцип, несомненно, впитал в себя все эти выводы.

Теория о слабом принципе

Сильный и слабый антропный принцип - фундаментальные и классические формулировки, выведенные ученым Картером в 1973 году благодаря полемике с его коллегой Дикке. Что это такое? Слабый принцип гласит, что наше положение в Мультиверсуме привилегированно, так как является совместным с нашим существованием в качестве непосредственных наблюдателей. Речь идет об объяснении выделенности эпохи, в которой живут разумные существа, существование которых не противоречит фундаментальным законам природы, а также характеру эволюции. Слабый антропный принцип в космологии утверждает, что если бы мы жили в другую эпоху, то просто отсутствовали бы по ряду физических причин, которые бы не совпали и, как следствие, не могли бы быть зафиксированы. Таким образом, этот фундаментальный закон признает природу как данность и все ее свойства, констатируя наше привилегированное положение во Вселенной.


Теория о сильном принципе

Сильный антропный принцип гласит, что фундаментальные параметры Вселенной должны быть таковы, чтобы на определенном этапе эволюции могли существовать наблюдатели. Специфичность Мультиверсума заключается в очень тонкой «подгонке» целого ряда чисел и физических констант для того, чтобы образовались и устойчиво существовали основные элементы высокоорганизованного мира (ядра, атомы, галактики, звезды и так далее). Даже минимальное отклонение привело бы к потере устойчивости и выпадению звена эволюции, которое могло бы быть критическим. Сильный и слабый антропный принцип взаимосвязаны друг с другом, нельзя рассматривать один в отрыве от другого. При таком подходе можно утверждать, что, так как «наблюдатель» существует, то Вселенная априори есть такая, какой она есть. В противном случае ее некому было бы наблюдать, и поэтому она не существовала бы вовсе ввиду отсутствия наблюдателя и свидетеля ее существования.


«Ансамбль» Вселенных

Антропный принцип в современной космологии связан с такой концепцией, как «ансамбль» Вселенных. В нем постулируется множество вариаций универсумов, в которых (в результате схоластических процессов) реализуются без исключения все комбинации параметров (как переменных, так и фундаментальных констант). Антропный принцип утверждает, что в этом всем множестве будут Вселенные, у которых развились благоприятные обстоятельства для рождения разумной жизни на определенном этапе эволюции. И наш Универсум как раз принадлежит к такому типу. Подобный взгляд на антропный принцип в философии приводит к здравому объяснению эффекта тончайшей «подгонки» всех параметров в нашем мире и в космосе в целом. Уже в 1957 году ученый-физик Эверетт разработал свою «многомировую» концепцию в квантовой механике, где утверждается, что в каждый момент времени существуют и реализуются все возможные варианты развития состояния той или иной системы. Унтропный принцип в космологии утверждает, что физическая Вселенная имеет бесконечное количество так называемых «ветвей» - копии изолированных миров. В то же время наблюдатель может находится только в одном и не знает о существовании других миров. Устойчивость Вселенной и антропный принцип становятся гораздо более объяснимы с научно-физической точки зрения, если к ним применить концепцию Эверетта.

Уникальная Вселенная

Если антропный принцип верен, то самоотбора быть не может, так как «выбора» у природы как такового нет. Именно поэтому данной теорией заинтересовались теологи, религиозно настроенные ученые и философы. Антропный принцип имеет много параллелей с «аргументом замысла»: тонкая и сложная «подогнанность» всех частей Вселенной вполне может свидетельствовать о существовании некого разумного творца. Разработанный не так давно ученым Дж. Уилером «принцип участия» говорит о том, что наблюдатель так же необходим для появления Вселенной, как и наоборот. Универсум существует посредством наличия наблюдений, которые осуществляются разумными существами на определенной стадии эволюции.

Физические вопросы

Но почему природа из всего возможного массива решений выбрала именно такое, которое привело к созданию нас? Почему начальные условия были таковы? Согласно «антропной констатации», теория о которой появилась в начале восьмидесятых, существует этап «раздувания» Вселенной - ее быстрого расширения, инфляции. В это время происходят процессы сглаживания любых начальных однородностей и, как следствие, обесценивание этих предварительных условий. Антропный космологический принцип утверждает, что нынешнее состояние Универсума не зависит от первоначальных условий и является «аттрактором» для эволюционных траекторий. Таким образом с помощью такой теории, как антропный принцип в космологии, стало возможным описать субстратные параметры - плотность вещества, наличие спина элементарных частиц, характер распределения веществ во Вселенной и так далее.

Антропный принцип – принцип, согласно которому все фундаментальные константы и основывающиеся на них физические законы четко определены, по той причине, что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, то есть разумная жизнь.

Возникновение вопроса

С развитием науки ученые все более явно наблюдают «особенность» нашего мира, физические законы которого уникальным образом подходят для относительно стабильного существования Вселенной и формирования в ней разумной жизни.

К фундаментальным мировым константам обычно относят следующие параметры:


Величины этих параметров находятся в мизерном интервале значений, допускающих существования разумной жизни и Вселенной в целом. Изменение каждой из этих констант значительным образом переменило бы известные нам законы физики, что привело бы к губительным последствиям. Рассмотрим несколько примеров:

  • При изменении масс протонов, участвующих в сильном взаимодействии, сила самого взаимодействия также выросла бы или уменьшилась. В первом случае во Вселенной не смог бы образоваться водород, а ядра многих требуемых для жизни химических элементов распались бы. Если бы сильное взаимодействие было меньше – его было бы недостаточно для образования элементов тяжелее водорода.
  • При изменении масс электронов, участвующих в слабом взаимодействии, также сменилось бы и слабое взаимодействие. При большей силе слабого взаимодействия во время образовалось бы значительно больше гелия, что привело бы к излишнему формированию звездами тяжелых элементов. Как результат – невозможность взрыва и распространения образованных тяжелых элементов по Вселенной, а значит и невозможность зарождения жизни в известном виде. Если же слабое взаимодействие было бы значительно слабее, то количества гелия было бы недостаточно для взрыва сверхновых, что также не допускает существование жизни.

  • При увеличении значения гравитационной постоянной звезды были бы горячее и менее стабильны, что не дало бы достаточно времени для зарождения разумной жизни. В противном случае малое значение этого параметра привело бы к формированию недостаточно горячих звезд и невозможности в них.
  • Размерность пространства. Если брать во внимание известный закон всемирного тяготения, в пространстве с большей размерностью, чем три, планеты падали бы на Солнце, а электроны на ядро атома. В двухмерном же пространстве массивные тела не смогли бы образовать устойчивую систему, связанную гравитацией, что основывается на .

Также жизненно важными параметрами являются: постоянная электромагнитного взаимодействия, уровень во Вселенной, и даже период полураспада бериллия-8, от которого зависит формирование углерода и других требуемых для жизни химических элементов.

Все вышеупомянутые факты указывают на то, что Вселенная сформирована таким образом, что разумная жизнь в ней имеет место быть. Большое количество подобных совпадений стало фундаментом для появления так называемой концепции «тонкой настройки Вселенной». Последняя обращает внимание на то, что значения именно жизненно важных констант оказываются точно определенными в пределах интервала, допустимого для формирования жизни. В то время как параметры, не влияющие столь остро на жизнь, могут варьироваться.

Антропный принцип и метавселенная

Антропный принцип призван ответить на вопрос наличия тонкой настройки Вселенной. Существует два типа этого принципа:

  • Слабый. Вселенная условно может быть разделена на области, в каждой из которых фундаментальные константы имеют разные значения. Однако мы наблюдаем именно такие значения, так как только при таких мировых константах мы смогли бы зародиться, как наблюдатели. Области же с другими значениями параметров скрыты от наблюдения по той причине, что не допускают в них формирования жизни, то есть наблюдателя.
  • Сильный. Вселенная обязана иметь благоприятные условия для формирования в ней разумной жизни, так как при иных условиях она просто не смогла бы существовать. Отдельным вариантом сильного принципа является так называемый «антропный принцип участия», согласно которому разумная жизнь плотно связана с существованием Вселенной и является ее неотъемлемой деталью.

ДНК - сложная структура, которая не могла бы образоваться при иных условиях. Анимировано

Антропный принцип основывается на предположении, что может существовать при некоторых других значениях фундаментальных констант, то есть при других физических законах. Учеными было выделено несколько вариантов, подходящих под формулировку антропного принципа:

  • Единая Вселенная, параметры физических законов которой постоянно меняются, в ходе ее длительной или вовсе бесконечной жизни. При благоприятных условиях, то бишь при определенных значениях физических констант зарождается разумная жизнь – наблюдатель.
  • Вселенная, которая разделяется на множество независимых и невзаимодействующих областей, физические параметры которых различны. В той области, которая удовлетворяет физическим условиям, достаточным для зарождения жизни, появляется наблюдатель.
  • Мультивселенная. Подразумевает множество других вселенных помимо нашей. Они носят название альтернативных вселенных или параллельных миров и имеют физические законы отличные от известных нам. Приверженцами этой версии устройства мира являются такие известные ученые современности как Стивен Хокинг, Брайан Грин, Митио Каку, Нил Тайсон и другие. Гипотеза о мультивселенной активно применяется в области .
  • Вселенные антропного принципа участия. То есть ряд Вселенных, возможно с несколько отличными значениями фундаментальных констант, которые все же включают в себя разумную жизнь.

Может ли быть, что наше существование - это не совпадение?

Примечательно, что антропный принцип противоречит принципу Коперника, который утверждал, что место, где зародилось и обитает человечество, не является уникальным и особенным среди ряда других мест. Обобщением этих двух принципов есть утверждение о том, что уникальным является не место появления человечества или значения фундаментальных констант, а диапазон этих значений, при которых жизнь имеет право на существование.

Антропный принцип является одним из возможных объяснений упомянутой тонкой настройки Вселенной. Проверить достоверность этого аргумента представляется невозможным как сейчас, так и в будущем, так как ученые не смогут взаимодействовать с другими независимыми областями или вселенными, а значит, не смогут подтвердить их наличие или опровергнуть их существование.

Pixabay.com В этой статье речь пойдет о хорошо известном мировоззренческом понятии, связанном с самим фактом нашего существования. Термин «антропный принцип» фигурирует довольно часто, но столь же часто он трактуется некорректно и путается с антропоцентризмом. Начнем с того, что существуют как минимум два антропных принципа — сильный и слабый. Это написано в любой «Википедии», хотя подавляющее большинство, произнося «антропный принцип», имеет в виду его слабый вариант. Поэтому мы сначала «разделаемся» с сильным антропным принципом, чтобы больше к нему не возвращаться.

Человек — творец и вершитель?

К его формулировке приложил руку замечательный физик Джон Уилер (John Wheeler ), создатель многих прекрасных метафорических терминов, в том числе таких популярных, как «черная дыра», «квантовая пена», «кротовая нора» (в оригинале — «wormhole» — «червоточина»). Вот фраза, приписываемая Уилеру: «Наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия» (1983). То есть, чтобы Вселенная реализовалась, в ней должен появиться разумный наблюдатель. Следовательно, возможны только такие вселенные, которые подходят для возникновения жизни и разума. По крайней мере с первого взгляда выглядит чепухой. По мнению авторов данной статьи, это и есть чепуха. Таково наше консолидированное мнение, невзирая на то что статус выдающегося физика Уилером честно заслужен. С кем не бывает… Причем понятно, откуда у этой концепции растут ноги — из интерпретации квантовой механики, включающей наблюдателя как вершителя исхода взаимодействий в микромире.

Этой проблеме посвящен знаменитый парадокс про кота Шрёдингера. Сам Шрёдингер выдвинул его, чтобы показать: существующая интерпретация квантовой механики неадекватна. Если ее строго придерживаться, то возникает подобная чушь — суперпозиция живого и мертвого котов, разрушаемая лишь наблюдением того, кто откроет ящик.

Откуда взялась эта зловредная роль наблюдателя? Видимо, это связано с проблемой коллапса (редукции) волновой функции — действительно сложного и плохо понимаемого явления. Для ознакомления с проблемой можно порекомендовать и его же статью в УФН . Наиболее сильное высказывание Липкина по поводу роли наблюдателя:

«Что такое сознание — никто толком не знает, но именно поэтому на него можно свалить всё».

Мы явно переоцениваем свое значение, когда берем на себя роль вершителя что судьбы кота, что судьбы Вселенной. Кстати, а кто был первым наблюдателем, реализовавшим Вселенную? Галилей? Древние греки? Некий Homo erectus или волк, воющий на Луну 20 млн лет назад? У него ведь тоже есть сознание, не такое уж и примитивное.

Над сильным антропным принципом можно издеваться долго и смачно, но лучше мы сэкономим место для слабого антропного принципа — серьезной и в каком-то смысле плодотворной концепции. Дальше мы опускаем эпитет «слабый» и говорим просто об антропном принципе.

Наше хрупкое благополучие

Начнем с хорошо известных доводов в пользу того, что наша Вселенная будто специально подогнана под наше существование и вообще под существование сложных систем и процессов.

Наш мир сформирован значениями физических констант. Константы электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий, гравитационная постоянная, массы частиц, которые, в свою очередь, определяются константами взаимодействий с полем Хиггса. Они не выводятся (пока?) из каких-либо более общих принципов. Их значения выглядят совершенно произвольными — мы знаем их из измерений, но не из формул. От них зависит всё.

Например, возможны ли в природе большие молекулы? Для этого должен существовать легкий электрон (много легче протона), а константа электромагнитного взаимодействия должна быть достаточно мала. Масса протона напрямую зависит от константы сильных взаимодействий; разница в массе протона и нейтрона — от масс кварков.

От соотношения масс электрона, протона и нейтрона вместе с электромагнитной постоянной зависят плотности всех веществ, возможность сложной химии, существование жидких и твердых тел, планет и гор на них, размеры живых существ и так далее. Эти зависимости прекрасно разобраны в книге «The Anthropic Cosmological Principle» , к сожалению, не переведенной на русский. Ниже приведены некоторые примеры, заимствованные из этой книги.

Стоит хоть немного «пошевелить» константы взаимодействий, как мир меняется. Причем, как правило, он меняется настолько, что получится не просто иная среда обитания и виды живых существ, — вся Вселенная становится непригодной для любой формы жизни.

Согласимся, что если нет химических элементов и атомов или если таблица Менделеева сводится всего лишь к четырем-пяти заполненным клеткам, если не горят звезды и не конденсируются небесные тела, если Вселенная представляет из себя однородный разреженный газ, то невозможна любая жизнь.

Проблема в том, что диапазон констант (точнее, объем в многомерном пространстве констант), в котором возможны сложные системы и жизнь, удручающе мал.

  1. Если бы нейтрон был чуть полегче или протон чуть потяжелей, то во Вселенной после Большого взрыва протоны бы распались и остались бы одни нейтроны. Не было бы ни сложных структур, ни атомов вообще. Пустыня!
  2. Если бы нейтрон был немного тяжелее, чем на самом деле, то нейтроны в атомных ядрах распадались бы, т. е. ядер бы попросту не было. Никакой таблицы Менделеева, никакой химии, один водород был бы стабилен.
  3. Хрестоматийный пример, фигурирующий в : если немного увеличить константу сильных взаимодействий, появляется стабильный дипротон (2 He). Существование дипротона ужасно тем, что он очень легко добирает барионы до гелия-4, который очень крепко связан. Весь водород Вселенной перешел бы в гелий — и мир остался бы без основного термоядерного горючего. До подобной катастрофы в потенциале взаимодействия двух протонов не хватает всего 92 кэВ . На самом деле пример не совсем верный. Дело в том, что, как сейчас известно, мы не можем произвольно изменить потенциал взаимодействия протонов — он зависит от константы квантовой хромодинамики, от которой также зависят массы барионов. Если ее изменить — «поплывет» всё. Тем не менее, пример демонстрирует, насколько хрупко наше благополучие. Он же показывает, насколько аккуратным и осторожным надо быть даже в мысленных экспериментах.
  4. Довольно удивительный факт: у ядра углерода есть резонанс, предсказанный Фредом Хойлом (Fred Hoyle ), который на порядки повышает вероятность синтеза ядра углерода из трех ядер гелия. Энергия резонанса складывается из комбинации сильной и электромагнитной констант, а также зависит от массы кварков. Если немного изменить эту энергию, то цепочка синтеза элементов обрывается. Во Вселенной почти исчезнет углерод, кислород и прочие элементы, на которых основана жизнь, которые составляют космическую пыль, из которой, в свою очередь, конденсируются планеты земного типа.
  5. Идем в самую раннюю Вселенную. После Большого взрыва остались неоднородности от предшествующей стадии ее эволюции, будь то стадия космологической инфляции или что-либо еще. Исходная величина этих неоднородностей в момент образования горячей Вселенной ~ 10 -5 (относительно средней плотности). Если бы амплитуда неоднородностей была в несколько раз меньше, галактики не успели бы образоваться. Если бы она была в несколько раз больше, галактики оказались бы слишком массивными и плотными, что тоже фатально — частые взрывы сверхновых, большая вероятность отрыва планет от родительских звезд. При этом амплитуда неоднородностей ниоткуда не следует. В рамках теории космологической инфляции неоднородности возникают как квантовые флуктуации «тяжелого» вакуума и зависят от природы последнего — от его плотности, от формы потенциала. Эти параметры тоже не вытекают из каких-либо известных принципов.

Видимо, этих хрестоматийных примеров достаточно, чтобы убедить читателя, что нам удивительно повезло. Возможно, это натолкнет кого-то на мысль, что константы взаимодействий устанавливал некий заботливый Творец. Однако существует гораздо более прозаичное объяснение. Оно и называется «антропный принцип».

Бесконечное множество вселенных

Представим себе, что существует огромное (даже бесконечное) множество вселенных. Тут есть некая терминологическая неоднозначность. Можно понимать под словом «Вселенная» всё сущее, и тогда мы должны говорить о разных частях Вселенной. Однако эти разные части Вселенной, скорей всего, при рождении «окуклились» в замкнутые, причинно не связанные друг с другом пространства, к которым тоже применяют термин «вселенные» (только с маленькой буквы). Ниже мы будем следовать второму варианту терминологии, понимая под «Вселенной» наше связное замкнутое пространство 3+1 измерений, а под «вселенными» понимать аналогичные образования не обязательно той же размерности.

Далее представим себе, что во множестве вселенных — разные константы взаимодействий, разные наборы частиц. В том числе где-то, включая нашу Вселенную, набор констант оказался благоприятным для появления жизни. В одной из таких вселенных появился разумный наблюдатель, разобравшийся в местной физике, и удивляется, как всё хорошо настроено. А там, где всё настроено плохо, никто и не появился. Значит, любой наблюдатель будет видеть набор физических констант, благоприятных для своего появления, сколь бы ни был мал благоприятный объем в пространстве параметров.

Это очень похоже на историю нашего появления в Солнечной системе на Земле. Здесь тоже немало удачных совпадений: нужное расстояние до звезды, нужное количество воды, глобальная тектоника, крупный спутник, планета-гигант на нужной орбите — всё это благоприятные условия. Но в данном случае мы точно знаем, что существует великое множество разных планетных систем с разными планетами, и не удивляемся благоприятным совпадениям.

Значит ли это, что антропный принцип сам по себе намекает на существование огромного множества разных вселенных? Конечно! Не доказывает в строго математическом смысле, но служит сильным доводом.

А есть ли в современной физике другие указания на множественность вселенных? Да, существует концепция вечной космологической инфляции, которая как раз описывает механизм рождения неограниченного числа вселенных. Что такое космологическая инфляция? Ей посвящена целая книга одного из авторов данной статьи под научной редакцией другого автора .

Если коротко, это механизм образования огромной однородной и изотропной вселенной из микроскопического зародыша. И этот самый механизм в большинстве вариантов теории плодит бесконечное множество вселенных, будучи не в силах остановиться. Это становится ясным, если к уравнениям общей теории относительности добавить квантовые эффекты. Это будет еще не то, что называется «квантовой гравитацией», здесь всё гораздо проще, так как квантовые эффекты относительно слабы.

На вечную инфляцию натолкнулся Пол Стейнхардт (Paul Steinhardt) в начале 1980-х, когда теория космологической инфляции еще только формировалась. Он обратил внимание на то, что космологическая инфляция в том варианте, который был популярен в то время, не может благополучно закончиться образованием вселенной. Мешают квантовые флуктуации вакуума — инфляция продолжается раздуванием новых и новых областей пространства. Стейнхардт решил, что это фатальный недостаток теории.

В 1986 году Андрей Линде обнаружил, что тот же самый эффект происходит и в более реалистичном варианте теории под названием «хаотическая инфляция». Но в отличие от Стейнхардта он осознал, что это важнейшее явление, объясняющее фундаментальную мировоззренческую проблему.

Итак, если верна теория космологической инфляции (а в ее пользу говорят несколько фактов, обнаруженных с помощью космических микроволновых телескопов WMAP и «Планк»), то в качестве неизбежного приложения к этой теории мы имеем вечную инфляцию — процесс рождения бесконечного числа вселенных.

В этой статье, посвященной антропному принципу, мы не можем детально объяснить, как работает космологическая инфляция в обычном и вечном вариантах. Об этом достаточно много написано, в частности, в упомянутой книге . Рекомендуем прочитать , где он среди прочего рассказывает, как натолкнулся на вечную инфляцию; оно опубликовано в той же книге и еще в ТрВ-Наука .

Где Бог играет в кости?

Итак, в физике есть прямые указания на бесконечное множество вселенных. Но еще нужно, чтобы они имели разные наборы физических констант: вселенные-клоны, скорее всего, будут одинаково непригодны для жизни. Где-то на каком-то этапе «сотворения» вселенных Бог должен играть в кости. Где именно?

Здесь просматривается две возможности. Первая — фазовые переходы в ранних вселенных. Они меняют физику, как изменил ее фазовый переход с полем Хиггса — многие частицы приобрели массы, и мир стал сложен и интересен. То был фазовый переход с предопределенным концом, но в самой ранней Вселенной есть место для других фазовых переходов, основанных на новой, еще не известной нам физике. И у них может быть непредсказуемый исход, как непредсказуем ледяной узор на стекле.

Вторая, более популярная возможность связана с теорией струн. Струны «живут» как минимум в одиннадцатимерном пространстве. Иначе теория страдает неустранимыми противоречиями. Чтобы получить из 11 измерений наши 3+1, надо свернуть лишние измерения в трубочки микроскопического радиуса, например планковского ~ 10 -33 см (это сворачивание называется «компактификацией»). Это можно сделать гигантским числом способов, причем каждый способ дает свой вариант вакуума, в котором возникает своя физика со своими константами взаимодействий. Оценка числа альтернатив — 10 500 ! Кстати, если вы встречаете в СМИ утверждения типа «британские ученые доказали, что число вселенных равно 10 500», не удивляйтесь, это просто в одном из звеньев испорченного телефона по недосмотру технического редактора степень съехала в строку.

Но как встроить в вечную инфляцию это случайное бросание костей, как устроить перестройку теоретико-струнного вакуума? Вроде бы теория струн дает такой механизм. Вечная инфляция возможна потому, что квантовые флуктуации могут увеличивать плотность вакуума. Когда она приближается к планковской (10 95 г/см 3), квантовые флуктуации могут быть столь сильными, что меняется топология пространства, меняется вариант компактификации, а с ним и физика в некой микроскопической области пространства, которая потом разовьется в большую вселенную. Это как раз то самое «бросание костей», необходимое для претворения антропного принципа в жизнь.

На теорию струн возлагаются очень большие надежды, но она до сих пор остается висеть в воздухе: из нее нельзя вывести ни одного проверяемого предсказания. Беда заключается именно в неимоверном числе 10 500 . Мы не знаем, в каком именно варианте из 10 500 вакуумов мы живем, и нет никаких инструкций, как найти этот вариант. И все-таки эта теория так или иначе намекает на богатство и разнообразие бытия.

Когда антропный принцип оказывается капитуляцией

В приведенных выше примерах с тонкой подстройки физических констант последние принимают ничем не примечательные значения. Что такое константа электромагнитного взаимодействия 1/137? Это число ничем не выделяется кроме того, что в сочетании с другими константами благоприятно для жизни. А если какая-то величина принимает какое-то выделенное значение? Например, оказывается удивительно близка к нулю или к единице (что-то равно чему-то). Казалось бы, надо искать какой-то закон, объясняющий, почему это произошло. А если такой закон не удается найти?

Плотность энергии вакуума (темной энергии) в нашей Вселенной очень мала — 10 -8 эрг/см 3 . Именно от этой плотности зависит ускоренное расширение Вселенной. А какой она должна быть из теоретических соображений? Любой, вплоть до планковской плотности — на 120 порядков больше, чем она есть. Каким образом она оказалась столь малой? Непонятно. И здесь возникает соблазн…

Если бы плотность энергии вакуума (космологическая постоянная) была близкой к своему естественному теоретико-струнному значению, то нас бы не существовало. Вселенная либо продолжала бы вечно расширяться с огромным ускорением, либо бы мгновенно схлопнулась. Допустимое значение плотности темной энергии всего на порядок выше, чем она есть на самом деле.

А не привлечь ли антропный принцип для объяснения этой малости? Пусть где-то в ходе вечной инфляции случайным образам выпадает космологическая постоянная будущей вселенной — равномерно от 10 120 до -10 120 от ее нынешнего значения. Тогда в одной из 10 120 вселенных она окажется достаточно малой, чтобы в ней мог появиться наблюдатель. Расточительно? Да, но у нас есть 10 500 вариантов, скинем 120 порядков, всё равно остается гигантское число! Многих космологов этот аргумент вполне удовлетворяет.

Возразить нечего. Впрочем, недавно такой же загадкой казалась близость плотности Вселенной к критической. Это требовало тонкой настройки в ранней Вселенной с точностью 10 -60 . Почему бы и здесь не воспользоваться антропным принципом? Ведь если сбить эту настройку, Вселенная бы уже сколлапсировала или разлетелась на отдельные атомы. Но решение было найдено — космологическая инфляция автоматически дает плотность, равную критической.

Здесь нет твердых аргументов, есть только некоторые стратегические соображения. По нашему убеждению, пока не все возможности отвергнуты, пока остается надежда найти ответ — надо искать, не полагаясь на антропный принцип. Свалить 120 порядков величины на антропный принцип — это своего рода капитуляция! Упование на антропный принцип с отказом от поисков конкретного объяснения в некотором смысле противоречит духу науки.

Наконец, совсем свежий пример. Почему масса бозона Хиггса оказалась столь «человеческой», что ее удалось измерить? Тут дело даже не массе бозона, а в энергетическом масштабе нарушения электрослабой симметрии, в массах W- и Z-бозонов. По идее, если нет каких-то специальных механизмов, энергетический масштаб поля Хиггса должен быть порядка планковского. Такой механизм понижения масштаба изобрели, он называется «суперсимметрия» и предполагает существование новых элементарных частиц — суперсимметричных партнеров для известных частиц со спином, измененным на половину. Фотино со спином ½ — для фотона, скварки со спином 0 — для кварков и т. д. Чтобы суперсимметрия правильно работала, массы этих неизвестных пока частиц тоже должны быть «человеческими» — большими, но достижимыми для Большого адронного коллайдера.

Открытие суперсимметричных партнеров было второй после бозона Хиггса большой надеждой, возлагаемой на БАК. Но она пока не оправдалась и, похоже, уже не оправдается. Почему же тогда бозон такой легкий? И тут опять возникает соблазн применения антропного принципа. Действительно, если увеличить массу бозона Хиггса, все массы элементарных частиц увеличатся, а это, как мы уже знаем, опасно для жизни. Вселенная станет либо необитаемой, либо вовсе несуществующей. Так почему бы не положиться на старый добрый принцип?! Здесь ведь надо принести ему в жертву всего 17 порядков величины, а не 120, как в случае с космологической постоянной.

И всё же антропный принцип имеет полное право на существование — мы же присутствуем в этой Вселенной, данный экспериментальный факт учитывать необходимо. Вопрос, по-видимому, в том, какие именно свойства природы определяются из антропных соображений, а какие имеют другое, более «рациональное» объяснение. Просто не надо антропным принципом злоупотреблять и использовать его как повод для прекращения поиска.

Валерий Рубаков, Борис Штерн

1. Barrow J. D., Tippler F. J. The Anthropic Cosmological Principle, Clarendon Press, Oxford, Oxford University Press, New York, 1986.
2. mipt.ru/education/chair/philosophy/publications/works/lipkin/philsci/a_3vzyrl.php
3. Липкин А. И. Существует ли явление «редукции волновой функции» при измерении в квантовой механике? // Успехи физических наук, т. 171, № 4, 2001, с. 437−444.
4. Штерн Б. Е. Прорыв за край мира. М.: Троицкий вариант, 2014.
5. Линде А., Штерн Б. .

Разделы