Antropikus elv

Az antropikus elv  az az érv , hogy „Az Univerzumot így látjuk , mert csak egy ilyen Univerzumban keletkezhetett megfigyelő, személy ” . Ezt az elvet azért javasolták, hogy tudományos szempontból megmagyarázzák, miért van a megfigyelhető Univerzumban számos nem triviális kapcsolat az intelligens élet létezéséhez szükséges alapvető fizikai paraméterek között .

Különféle megfogalmazások

Gyakran vannak erős és gyenge antropikus elvek [1] .

Az erős AP egyik változata az APU (Anthropic Participation Principle), amelyet 1983-ban fogalmazott meg John Wheeler [4] [5] :

A megfigyelők szükségesek a létezés Univerzumának eléréséhez

Eredeti szöveg  (angol)[ showelrejt] Megfigyelőkre van szükség az Univerzum létrejöttéhez

E megfogalmazások közötti különbség a következőképpen magyarázható: az erős antropikus elv az Univerzum egészére érvényes, fejlődésének minden szakaszában, míg a gyenge csak azokra a régiókra és időszakokra vonatkozik, amikor elméletileg megjelenhet benne intelligens élet. A gyenge elv az erős elvből következik, de nem fordítva [6] .

Az antropikus elv megfogalmazása azon a feltételezésen alapul, hogy a korunkban megfigyelt természeti törvények nem az egyedüliek, amelyek valóban léteznek (vagy léteztek), vagyis a más törvényekkel rendelkező Univerzumoknak valóságosnak kell lenniük [7] . A fizikusok több lehetőséget is megvizsgáltak az alternatív Univerzumok térben és időben történő elhelyezésére [8] [9] :

Történelem

Az "antropikus elv" kifejezést először 1973-ban javasolta Brandon Carter angol fizikus [1] . Amint azonban a tudománytörténészek felfedezték, magát a gondolatot korábban többször is megfogalmazták. Ezt először A. L. Zelmanov fizikus, 1955-ben és G. M. Idlis tudománytörténész fogalmazta meg kifejezetten az Extragalaktikus Csillagászat és Kozmológia Problémák Szövetségi Konferenciáján (1957) [10] . 1961-ben ugyanezt a gondolatot publikálta R. Dicke [11] .

Brandon Carter a fenti 1973-as cikkben az antropikus elv erős és gyenge változatait is megfogalmazta. Carter cikke előtérbe helyezte a témát, nemcsak fizikusok, hanem sokan mások véleményét is megfogalmazták, az újságíróktól a vallásfilozófusokig. 1986-ban jelent meg az első monográfia: J. D. Barrow és F. J. Tipler, "The Anthropic Cosmological Principle", ahol elismerték G. M. Idlis prioritását [12] . 1988- ban Velencében tartották az első tudományos konferenciát az antropikus elvnek szentelve ; A jövőben az antropikus elvet folyamatosan érintették mind a szakosodott fórumokon, mind a fizika, kozmológia, filozófia és teológia alapvető kérdéseinek megvitatása során.

Az élet kialakulásához szükséges arányok

Számos dimenzió nélküli (azaz mértékegységrendszertől nem függő) alapvető fizikai paraméter számértéke, mint például az elemi részecskék tömegaránya, az alapvető kölcsönhatások dimenzió nélküli állandói , úgy tűnik, nem vonatkoznak semmiféle szabályosságra. Kiderült azonban, hogy ha ezek a paraméterek csak kis mértékben térnének el a megfigyelt értékektől, akkor az intelligens élet (az általunk megszokott értelemben) nem jöhet létre.

A tér mérete

Először is feltűnő az a tény, hogy az általunk megfigyelt jelenségek sokfélesége csak a háromdimenziós térben jelentkezhet. Tehát háromnál nagyobb térdimenzió esetén, ha elfogadjuk a newtoni gravitációs törvényt, a bolygók stabil pályája a csillagok gravitációs mezőjében lehetetlen. Ráadásul ebben az esetben az anyag atomi szerkezete sem lenne lehetetlen (elektronok esnének az atommagokra még a kvantummechanika keretein belül is ). Amikor a dimenziók száma több mint három, akkor a kvantummechanika egy hidrogénatomban lévő elektron végtelen energiaspektrumát jósolja meg, ami pozitív és negatív energiaértékeket is lehetővé tesz. Háromnál kisebb méretek esetén a mozgás mindig korlátozott területen történne. Csak akkor lehetséges mind a stabil véges, mind a végtelen mozgás [13] .

A fenti érvek a probléma nem relativisztikus kezelésének esetére vonatkoznak. Ha az általános relativitáselméletet mint modern gravitációs elméletet megpróbáljuk kiterjeszteni a téridőre eltérő számú térdimenzióval, akkor a kép megfordul: két térbeli dimenzió mellett a gravitációs kölcsönhatásban lévő testek semmilyen körülmények között nem alkothatnak összefüggő rendszert. (ezt az általános relativitáselmélet régóta ismeri, és az 1960-as években fedezték fel, lásd kozmikus húrok ) [14] , és amikor a tér dimenzióinak száma nagyobb háromnál, akkor a gravitációs kölcsönhatás éppen ellenkezőleg, olyan erős, hogy nem teszi lehetővé a testek végtelen mozgását. Így az általános relativitáselmélet korlátozó átmenete a newtoni gravitációs elméletre csak három dimenziós térben lehetséges.

Az is érdekes, hogy a részecskefizikai szabványmodell , amely a Yang-Mills mezők elméletén alapul, nem renormálható háromnál nagyobb térben.

Az elektron, a proton és a neutron tömegei

A szabad neutron nehezebb, mint a proton + elektron rendszer , ezért a hidrogénatom stabil. Ha a neutron legalább egytized százalékkal könnyebb lenne, a hidrogénatom gyorsan neutronná alakulna. Ha egy elektron tömege meghaladná a neutron és a proton tömege közötti különbséget, akkor az Univerzum kémiai összetétele gyökeresen megváltozna. Hiányozna belőle a hidrogén, és ezért a csillagok a szokásos értelemben, az élet [15] .

A deuteron létezése és a diproton nemléte

Ismeretes, hogy két részecske kötött állapotának kialakításához (közönséges, háromdimenziós térben) nemcsak az kell, hogy vonzzák, hanem az is, hogy ez a vonzás elég erős legyen. A proton és a neutron közötti vonzás szinte "szélén" van: kötött állapotuk ( deuteron ) létezik, de gyengén kötött, ezért meglehetősen nagy geometriai méretei vannak. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a hidrogén égésének reakciója a csillagokban nagyon hatékony. Ha a proton-neutron kölcsönhatás ereje kisebb lenne, a deuteron instabil lenne, és a hidrogén égési lánca megszakadna. Ha a csatolási állandó érezhetően erősebb lenne, akkor a deuteron mérete kisebb lenne, és az égési reakció sem lenne olyan intenzív. Mindkét esetben kiderül, hogy a csillagok kevésbé intenzíven égnek, ami nem befolyásolhatja az életet.

Másrészt ismert, hogy két proton nem képes kötött állapotot kialakítani: az erős kölcsönhatás, bár meghaladja a Coulomb-gátat , mégsem elég erős. Ha az erős erőállandó valamivel nagyobb lenne, akkor a diprotonok (2-es tömegű héliummagok) stabil részecskék lennének. Ennek valószínűleg katasztrofális következményei lennének az Univerzum evolúciójára nézve: már az első napokban az összes hidrogén kiégne hélium -2-vé, és a csillagok további létezése lehetetlen lenne [16] [17] .

Rezonancia a szén-12 magjában

A standard kozmológiai modell szerint közvetlenül az Ősrobbanás után az univerzumban az anyag szinte teljes egészében hidrogén és hélium formájában volt jelen . Maguk a héliummagok gyakorlatilag stabilak, ezért egyáltalán nem nyilvánvaló, hogy a csillagok égésének folyamatában nagyobb mennyiségben kellene nehezebb elemek képződnie. Valóban, már az első szakaszban van egy akadály: két héliummag nem alkot stabil berillium-8 magot (ez a nuklid 10 -18 s alatt elbomlik). Nincsenek A = 5 tömegszámú stabil atommagok , amelyek alfa-részecske protonnal vagy neutronnal való fúziójával jöhetnek létre. Elvileg három hélium-4 atommag alkothat stabil szén-12 atommagot , de annak a valószínűsége, hogy három alfa-részecske ütközik egy időben, olyan kicsi, hogy „külső segítség” nélkül egy ilyen reakció sebessége elhanyagolható lenne. csillagászati ​​időskálán is jelentős mennyiségű szén keletkezése.

Az ilyen külső segítség szerepét a 7,65 MeV energiájú szén-12 rezonanciája (gerjesztett állapota) tölti be. Mivel gyakorlatilag három alfa részecske állapotú energiája degenerált, radikálisan megnöveli a reakciókeresztmetszetet és felgyorsítja a hélium égési folyamatát. Neki köszönhető, hogy a csillagfejlődés utolsó szakaszában nehéz elemek jönnek létre, amelyek egy szupernóva-robbanás után szétszóródnak az űrben, majd bolygókat alkotnak.

A nukleáris rezonanciák jelenléte elvileg nem meglepő. Csak a rezonancia gerjesztési energia véletlenszerű ("kiválasztott") számértéke igazán szokatlan. Tehát H. Oberhummer művében, A. Csoto és H. Schlattl, Science 289, 88 (2000); Nuclear Physics A 689, 269c (2001) ( nucl-th/9810057 ) azt mutatja, hogy ha a nukleon-nukleon csatolási állandó legalább 4%-kal eltérne, szinte nem képződne szén a csillagokban.

Általánosságban elmondható, hogy a fenti érvek ismeretében az az érzés, hogy az Univerzumban minden úgy van „beállítva”, hogy az élet hosszú ideig kialakulhasson és létezhessen. Ezt az érzést használják érvként a kreacionisták és az intelligens teremtés elméletének támogatói . M. Ikeda matematikus és W. Jefferis csillagász azonban azzal érvel , hogy ez az érzés a feltételes valószínűségek helytelen intuitív becslésének eredménye .

Az elektrogyenge kölcsönhatás paraméterei

V. Agrawal és munkatársai, Physical Review D57 (1998) 5480-5492 ( hep-ph/9707380 ) kimutatták, hogy ahhoz, hogy kellően összetett kémiai elemek halmazokat hozzunk létre, szükséges, hogy a Higgs-mező átlagos értéke az elektrogyengülésben Az elmélet nem haladja meg a megfigyelt értéket ( GeV) több mint ötszörösével.

A kezdeti értékek problémája a kozmológiában

Az antropikus elv támogatása és kritikája a modern fizikában

Számos fizikus tett kísérletet arra, hogy az antropikus elvet különféle fizikai megfontolásokból származtassa. Az ilyen modellekről rövid áttekintést ad A. D. Linde [18] cikke .

Más tudósok megjegyzik, hogy a különböző fizikai törvényekkel rendelkező univerzumok (vagy az univerzum részei), amelyeken az antropikus elv és az azt tartalmazó modellek is alapulnak, létezésére nincs kísérleti bizonyíték. A Nobel- díjas Steven Weinberg kijelentette, hogy az antropikus elv "némileg kétes státuszú a fizikában", mert "az antropikus elv ilyen értelmezésének gyenge pontja a világegyetemek sokaságának fogalmának homályossága" [8] . Ironikusan megjegyezte, hogy "ha mindezek az univerzumok elérhetetlenek és megismerhetetlenek, úgy tűnik, nincs értelme létezésük kijelentésének, kivéve azt a kérdést, hogy miért nem léteznek" [19] . Weinberg úgy véli, hogy az antropikus elv, ha megmarad a fizikában, csak egyetlen paramétert magyaráz meg: a kozmológiai állandót [8] . Egy másik Nobel-díjas, David Gross úgy véli, hogy az antropikus elv csak azt mutatja, hogy képtelenek vagyunk nehéz kérdésekre válaszolni [20] .

G. E. Gorelik szerint „az antropikus elv lényegében még nem a fizikához, hanem a metafizikához tartozik ” [21] . L. B. Okun akadémikus az antropikus elvek mindkét típusát spekulatívnak tartja, de érdemes megvitatni [3] . Alex Vilenkin amerikai kozmológus kijelentette: „A finomhangolás antropikus magyarázata tudománytalan… Az antropikus elv csak arra szolgál, hogy megmagyarázza azt, amit már tudunk. Soha nem jósol meg semmit, ezért nem is ellenőrizhető . Lee Smolin , az egyik alternatív elmélet szerzője (lásd alább) [23] egyetért ezzel . Szintén érdemes megjegyezni[ miért? ] , hogy az antropikus princípium nem magyarázza meg pontosan, hogyan keletkezett a finomhangolt univerzum , hanem csak azt mutatja be, hogy létezik.

Alternatívák

Az antropikus elv kritikusai általában arra hívják fel a figyelmet, hogy ha az alapvető fizikai állandók nem függetlenek, akkor megszűnik az antropikus elv szükségessége, mivel megszűnik a több univerzum lehetősége. Más alternatívákat is javasoltak. A tudományos közösség különösen továbbra is az "univerzumok megsokszorozásának" ( termékeny univerzumok , a "kozmológiai természetes szelekció elméletének", CNS, kozmológiai természetes kiválasztás elméletének is nevezik) eredeti gondolatát vitatja , amelyet a Lee Smolin amerikai fizikus .

E hipotézis szerint a fekete lyukon „túl” egy új univerzum keletkezik, amelyben az alapvető fizikai állandók eltérhetnek a fekete lyukat tartalmazó univerzum értékeitől. Az intelligens megfigyelők azokban az univerzumokban jelenhetnek meg, ahol az alapvető állandók értékei az élet létrejöttének kedveznek. A folyamat a biológiai evolúció során bekövetkező mutációkhoz és szelekcióhoz hasonlít [24] . Smolin hipotézisének részletes leírását a "The Life of the Cosmos" ( The Life of the Cosmos , 1999) [25] című könyvében tette közzé . Smolin szerint modellje az antropikus elvnél jobban megmagyarázza az élet létrejöttéhez szükséges " világegyetem finomhangolását ", mivel két fontos előnye van:

  1. Az antropikus elvtől eltérően Smolin modelljének fizikai következményei vannak, amelyek kísérletileg ellenőrizhetők.
  2. Az élet a több univerzumban nem véletlenszerűen, hanem természetesen jön létre: a kiválasztás során több „leszármazottak” vannak, amelyek paraméterei több fekete lyuk kialakulásához vezetnek, és ugyanezek a paraméterek Smolin szerint kedveznek ennek a lehetőségnek. az élet eredetéről.

Számos fizikus és filozófus meglehetősen szkeptikus volt Smolin ötletével kapcsolatban [26] [27] . Smolin ellenfele a jól ismert kozmológus , Leonard Susskind volt , aki ennek ellenére igen magasra értékelte ezt a hipotézist [28] . Smolin és Susskind (2004) vitája az antropikus elv tudományban betöltött szerepéről nagy érdeklődést váltott ki a tudományos közösségben [29] .

Filozófiai értékelések

Stanisław Lem azt írta, hogy ez az elv szó szerint értelmezve az ismeretlent az ismeretlenen keresztül magyarázza, ráadásul egy ördögi kör logikája szerint . Ugyanezen okból kifolyólag minden tárgyról lehet vitatkozni, hogy ő az Univerzum "célja", és nem az emberek, például a postai bélyegek , bár ezek létezése az Univerzum számára teljesen opcionális [30] .

A neves kozmológus , Martin Rees megfigyelte, hogy az antropikus elv önmagában nem fedi fel az univerzum "finomhangolásának" kiváltó okait:

Lenyűgözött John Leslie kanadai filozófus metaforája . Képzeld el, hogy egy lőosztag előtt állsz. Ötven ember céloz rád, de mindannyian hiányoznak. Ha valaki nem hagyta volna ki, nem élted volna túl, és nem gondolhattál volna rá. De ezt nem lehet egyszerűen elfelejteni – értetlenül állsz, és keresni fogod fantasztikus szerencséd okait. [31]

Egyes hívő tudósok – például John Polkinhorn fizikus és filozófus – inkább az Univerzum finomhangolását tekintik Isten létezésének egyik bizonyítékának [31] .

Az antropikus elv nyilvánvalóan ütközik Kopernikusz kozmológiai elvével , amely kimondja, hogy az a hely, ahol az emberiség létezik, nem privilegizált, valahogy megkülönböztetik a többiektől. Ha a „hely” fogalmát kiterjesztjük az egész Univerzumra , akkor az alapvető állandók közötti fenti kapcsolatok, amelyek lehetővé teszik a kellően jól szervezett anyag létezését, szükségesek az intelligens élet kialakulásához, és ebből következően csak néhány. a lehetséges univerzumok együttese lakható; ebben az értelemben a paramétertér bizonyos területei kiemeltek. A hétköznapi fizikai térben a Naprendszer is meglehetősen különleges pozíciót foglal el - pályája a galaxisban az úgynevezett korotációs körön helyezkedik el , ahol a csillagok a Galaxis magja körüli forgási periódusa egybeesik a forradalom időszakával. spirálkarok - aktív csillagkeletkezés helyei . Így a Nap (ellentétben a galaxis legtöbb csillagával) nagyon ritkán halad át a karokon, ahol valószínűsíthető a közeli szupernóva-robbanások, amelyek végzetes következményekkel járhatnak a földi életre nézve.

Az antropikus elv és a kopernikuszi elv szintézise az az állítás, hogy az intelligens élet kialakulásához nélkülözhetetlen lehetséges paraméterek területei kiemelésre kerülnek, míg azok a paraméterek, amelyek konkrét értékei nem befolyásolják az intelligens élet kialakulásának valószínűségét. nem hajlamos semmilyen különleges értékre. Tehát semmi sem emeli ki azt a pozíciót, amelyet Galaxisunk az Univerzumban - a több milliárd spirálgalaxis egyikében - elfoglal.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Carter B. A nagy számok egybeesése és az antropológiai elv a kozmológiában // Kozmológia. Elméletek és megfigyelések. 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. A fizika alapvető állandói. Archiválva : 2020. június 7. a Wayback Machine -nél // Uspekhi fizicheskikh nauk , 161 (9), 1991.
  4. ↑ Wheeler JA Genesis and Observership // Fundamental Problems in the Special Sciences. Dordrecht, 1977. R. 27.
  5. ↑ Anthropic Principle archiválva : 2011. szeptember 27. a Wayback Machine -nél 
  6. ↑ Charugin V. M. , Baksansky O. E. Az ember helye a világegyetemben  // Föld és az Univerzum . - 1993. - 6. sz . - S. 73-78 .
  7. ↑ Brian Green . A rejtett valóság: Párhuzamos univerzumok és a Kozmosz mély törvényei. New York: Alfred A. Knopf, 2011. ISBN 978-0-307-27812-8 .
  8. ↑ 1 2 3 IX. fejezet: A végső elmélet körvonalai. // Weinberg S. Álmok a végső elméletről. A fizika a természet legalapvetőbb törvényeit keresve. — M.: LKI, 2008. — 256 p. ISBN 978-5-382-00590-4 .
  9. ↑ 1 2 Balashov Yu. V., 1990 , p. 32.
  10. ↑ Idlis G. M. A megfigyelhető csillagászati ​​Univerzum főbb jellemzői, mint egy lakható térrendszer jellemző tulajdonságai // Izv. Astroph. in-ta KazSSR. 1958. V. 7. S. 40-53.
  11. ↑ Dicke RH Dirac kozmológiája és Mach-elve // ​​Természet . 1961. évf. 192. No. 4801. P. 440-441.
  12. ↑ Barrow JD, Tipler FJ Az antropikus kozmológiai elv. Oxford, 1986.
  13. ↑ Ehrenfest P. Hogyan mutatják meg a fizika alapvető törvényei, hogy a térnek három dimenziója van?
    A könyvben: Gorelik G. E. Dimension of space: Historical and methodological analysis. - M .: Moszkvai Állami Egyetem Kiadója, 1983. - 216 p. - S. 197-205.
    A cikk fordítása:
    Ehrenfest P. Hogyan válik nyilvánvalóvá a fizika alaptörvényeiben, hogy a térnek három dimenziója van? — Proc. Amsterdam Acad., 1917, v. 20. o. 200-209.
  14. ↑ Lubos Motl. Miért nincs dinamika a 3D általános relativitáselméletben? . Letöltve: 2012. július 23. Az eredetiből archiválva : 2012. július 23.
  15. ↑ Novikov I. D. Hogyan robbant fel az Univerzum. — M .: Nauka , 1988. — 141 p. — ISBN 5-02-013881-9 .
  16. ↑ Mullan DJ, MacDonald J. . The Anthropic Principle and Fine Tuning in the Universe , Journal of Cosmology, 2011, 13. kötet, 4166-4173. Az eredetiből archiválva : 2020. július 11. Letöltve: 2013. december 18.
  17. ↑ Bradford RAW A hipotetikus diprotonstabilitás hatása az univerzumra  // Journal of Astrophysics and Astronomy. - 2009. június - T. 30 , 1. sz. 2 . - S. 119-131 . - doi : 10.1007/s12036-009-0005-x .
  18. ↑ Linde A.D. Az infláció, a kvantumkozmológia és az antropikus elv Archiválva : 2005. január 5. a Wayback Machine -nél . // "Tudomány és végső valóság: a kvantumtól a kozmoszig", John Wheeler 90. születésnapja tiszteletére. JD Barrow, PCW Davies és CL Harper szerk. Cambridge University Press (2003)
  19. ↑ Steven Weinberg. Álmok a végső elméletről. A fizika a természet legalapvetőbb törvényeit keresve. X. fejezet: Úton a cél felé. M.: LKI, 2008. 256 p. ISBN 978-5-382-00590-4 .
  20. ↑ Gross D. „Lefogadom, hogy a szuperszimmetriát felfedezik” Archív másolat , 2011. október 13-án a Wayback Machine -nél (a kérdéseket A. G. Szergejev és S. B. Popov tette fel ) // Elements.ru , 2006.06.24.
  21. ↑ Gorelik G.E. Nagy számok egybeesése a 20. századi kozmológiában. // Weil G. Matematikai gondolkodás . - M .: Nauka , 1989. - S.  384 . — ISBN 5-02-013910-6 .
  22. ↑ Antropikus javak (13. fejezet) // Vilenkin A. Sok világ világa. Fizikusok, akik más univerzumokat keresnek = Sok világ egyben: Más univerzumok keresése. — M .: AST , 2018. — 288 p. — (Csodálatos Univerzum). - ISBN 978-5-17-111013-0 .
  23. ↑ Lee Smolin. Az antropikus elv tudományos alternatívái Archiválva : 2020. május 24., a Wayback Machine -nél .
  24. ↑ Lee Smolin. Az antropikus elv tudományos alternatívái. Archiválva : 2020. május 24., a Wayback Machine , 2004
  25. ↑ Lee Smolin. A kozmosz élete. - London: Weidenfeld & Nicolson, 1997. - ISBN 0-297-81727-2 .
  26. ↑ John Polkinghorne , Nicholas Beale (2009). Az igazság kérdései. Westminster John Knox: 106-111.
  27. ↑ Okos, 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, Kozmikus természetes szelekció. . Letöltve: 2020. június 23. Az eredetiből archiválva : 2020. október 20.
  29. ↑ Smolin vs. Susskind: The Anthropic Principle" Archiválva : 2009. május 15. a Wayback Machine Edge Edge -n (2004. augusztus 18.)
  30. ↑ Lem S. Das Katastrophenprinzip. Die kreative Zerstörung im Weltall [= A rombolás elve mint alkotóelv. A világ mint megsemmisülés]: Aus Lems Bibliothek des 21. Jahrhunderts . – Frankfurt am Main: Suhrkamp Taschenbuch Verlag, 1983.
  31. ↑ 1 2 Rhys, Martin. Véletlen, Gondviselés vagy Multiverzum? // Összesen hat szám. Az univerzumot formáló főerők [= Csak hat szám: Az univerzumot formáló mély erők, 1999]. - M.  : Alpina Kiadó, 2018. - S. 195. - 226 p. - ISBN 978-5-00139-008-4 .

Irodalom

oroszul más nyelveken

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban