Антропный космологический принцип

Вариант конспекта № 1

АНТРОПНЫЙ КОСМОЛОГИЧЕСКИЙ 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” предложил английский математик Б. Картер (1973): “то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей”. Наряду с общей формулировкой антропного принципа известны также его модификации: “слабый антропный принцип”, “сильный антропный принцип”, “принцип участия” (“соучастника”) Дж. Уилера и “финалистский антропный принцип” Ф. Типлера. Формулировка сильного антропного принципа, по Картеру, гласит: “Вселенная (и следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей”. Перефразируя Декарта (cogito ergo mundus talis est—я мыслю, поэтому мир таков, каков он есть), Уилер афористически выразил суть антропного принципа словами: “Вот человек; какой должна быть Вселенная?” Вместе с тем антропный принцип пока не получил общепринятой формулировки. Среди формулировок антропного принципа встречаются и явно эпатирующие, тавтологические (типа “Вселенная, в которой мы живем, - это Вселенная, в которой живем мы”, и т. п.).

Антропный принцип претендует ответить на вопрос: почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем? Мировоззренческая острота этого вопроса обусловлена тем, что наблюдаемые свойства Вселенной жестко связаны с численными значениями ряда фундаментальных физических констант. Если бы значения этих констант были хотя бы немного другими, то было бы невозможным существование во Вселенной ни атомов, ни звезд, ни галактик, ни возникновения условий, которые сделали возможным появление человека, наблюдателя. Как выражаются космологи, Вселенная “взрывным образом неустойчива” к численным значениям определенного набора фундаментальных констант, с необычайной точностью “подогнанных” друг к другу таким образом, что во Вселенной могли возникнуть высокоорганизованные структуры, включая человека. Иными словами, человек мог появиться отнюдь не в любой по своим свойствам Вселенной. Соответствующие условия, выделяемые набором фундаментальных констант, ограничены узкими пределами.

В развитии антропного принципа как научного принципа можно выделить несколько этапов: дорелятивистский, релятивистский, квантовый релятивистский. Так, дорелятивистский этап охватывает рубеж 19-20 вв. Английский эволюционист А. Уоллес сделал попытку переосмыслить коперниканское понимание места человека во Вселенной на основе альтернативных, т. е. антикоперниканских, идей. Этот подход был развит и Картером, который считает, что, вопреки Копернику, хотя положение человека во Вселенной не является центральным, оно неизбежно в некотором смысле привилегированное. В каком именно смысле человек, т. е. земной наблюдатель, занимает во Вселенной выделенное положение, разъясняют модификации антропного принципа -слабый антропный принцип и сильный антропный принцип. Согласно слабому антропному принципу, возникновение человека в расширяющейся Вселенной должно быть связано с определенной эпохой эволюции. Сильный антропный принцип считает, что человек мог появиться лишь во Вселенной с определенными свойствами, т. е. наша Вселенная выделена фактом нашего существования среди других вселенных.

Обычно антропный принцип обсуждается в плане дилеммы: физический ли это принцип или философский. Такое противопоставление неосновательно. То, что обычно подразумевают под антропным принципом, несмотря на простоту и краткость формулировок, на самом деле имеет гетерогенную структуру. Напр., в структуре сильного антропного принципа можно выделить три уровня: а) уровень физической картины мира (“Вселенная взрывным образом неустойчива к изменениям фундаментальных физических констант”), б) уровень научной картины мира (“Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось появление человека”); в) уровень философско-мировоззренческих интерпретаций, т. е. различных типов объяснения смысла антропного принципа, среди которых-теологические объяснения (“аргумент от замысла”), телеологические объяснения (человек-цель эволюции Вселенной, задаваемая трансцендентным фактором), объяснения в рамках концепций самоорганизации.

На философском уровне противостоят друг другу два типа интерпретации антропного принципа. Его понимают, с одной стороны, следующим образом: объективные свойства нашей Вселенной таковы, чтоони на определенном этапе ее эволюции привели (или должны были привести) к возникновению познающего субъекта; если бы свойства Вселенной были иными, их просто некому было бы изучать (А. Л. Зельманов, Г. М. Идлис, И. Л. Розенталь, И. С. Шкловский). С другой стороны, при анализе смысла антропного принципа может быть поставлен обратный акцент; объективные свойства Вселенной таковы, какими мы их наблюдаем, потому что существует познающий субъект, наблюдатель (принцип соучастника исключительно к этому сводит смысл антропного принципа).

Антропный принцип является предметом дискуссии в науке и философии. Одни авторы считают, что антропный принцип содержит объяснение структуры нашей Вселенной, тонкой подгонки физических констант и космологических параметров. По мнению других авторов, никакого объяснения в собственном смысле слова антропный принцип не содержит, а иногда он рассматривается даже как пример ошибочного научного объяснения. Эвристическую роль антропного принципа иногда рассматривают, подчеркивая лишь его физическое содержание и лишая каких-либо социокультурных измерений. Вселенная, с этой точки зрения, - обычный релятивистский объект, при изучении которого антропные аргументы выглядят в значительной степени метафорически. Другая точка зрения состоит в том, что “человеческое измерение” не может быть исключено из антропного принципа.

Вариант конспекта № 2

АНТРОПНЫЙ КОСМОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП

Слишком большое количество "счастливых случайностей", свидетельствующее об удивительной закономерности и гармонии мироздания, требует метафизического объяснения целесообразности возникновения и развития Вселенной. Поэтому во второй половине XX века некоторые ученые, в основном с атеистическим мировоззрением, сформулировали антропный космологический принцип, который должен связывать космологию, свойства Вселенной и факт существования человека ("наблюдателя") в ней.

Использование антропного принципа сначала носило чисто мировоззренческий характер, в отличие от физических принципов, таких, как принцип Ферма в оптике или принцип Паули в квантовой механике. Отсюда и неоднозначное отношение к антропному принципу как философов, так и физиков. Позже, как принцип эвристический, его стали использовать некоторые физики при построении теорий квантовой космологии.

Рассматриваются слабый и сильный антропные принципы. Слабый исходит из предположения о существовании бесконечного множества причинно не связанных, случайных вселенных во времени и пространстве с бесконечным разнообразием значений фундаментальных физических констант. Среди этих вселенных случайно появилась наша Вселенная, в которой соотношение фундаментальных параметров позволяет возникнуть и развиваться жизни и разуму, то есть "наблюдателю".

Таким образом, в слабом принципе возрождаются старые атеистические концепции многократных и случайных возникновении вселенных при бесконечных повторениях их космологического развития. Кажется, гипотеза о существовании множества других вселенных является метафизической спекуляцией. Действительно, из-за причинной несвязанности таких вселенных каждый "наблюдатель" никогда ничего не узнает о других вселенных, кроме своей, - для него другие вселенные принципиально не наблюдаемы и, возможно, не существуют.

Сильный антропный принцип гласит, что наша уникальная Вселенная со всеми ее точными законами и константами должна быть такой, чтобы на некотором этапе ее эволюции обеспечивалось возникновение человека разумного, то есть "наблюдателя". Считается, что квантовая механика и квантовая космология не имеют смысла без "наблюдателя".

Появление антропных принципов в науке свидетельствует о попытках ответить на фундаментальные метафизические вопросы, например, почему Вселенная, ее возникновение и эволюция прекрасно описываются точными рациональными законами, обеспечивающими появление жизни?.Кроме того, изучение этих законов породило метафизическую проблему происхождения законов природы и их математического выражения. При попытке ответа на эти вопросы в рамках самой физики возникает "геделевская трудность", и только метафизические предпосылки позволяют как-то обосновать внутреннее совершенство мироздания. Пантеист А. Эйнштейн говорит: "Я не могу найти слова лучше, чем "религия", для обозначения веры в рациональную природу реальности". Православные же следуют апостолу Павлу: Верою познаем, что веки устроены словом Божиим, так что из невидимого произошло видимое (Евр. 11, 3).

Вместе с тем, кроме как метафизически антропный принцип можно интерпретировать и с религиозной точки зрения. Поскольку эволюция Вселенной подчинена определенной цели - созданию человека разумного, то Вселенная произошла не случайно, а ее гармония и взаимосвязанность свидетельствует о Разуме Творца. Но так как открываемые наукой законы не самодостаточны, то необходимо и богословское понимание эволюции Вселенной и места человека в ней.

Вариант конспекта № 3

Если исходить из очевидного факта наличия разумной жизни, то мы должны признать необходимость наложения вполне определенных ограничений на фундаментальные свойства Вселенной, в которой эта жизнь обитает. По существу такое заключение и есть антропный принцип. В зависимости от того, как далеко во времени существования Вселенной и в ее пространственных масштабах распространяются эти ограничения, различают слабый и сильный антропный принцип.

Б. Картер сформулировал слабый антропный принцип так: «То, что мы предполагаем наблюдать, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя». Известный советский космолог А. Л. Зельманов дает сходную формулировку: «Мы являемся свидетелями данных процессов потому, что другие процессы протекают без свидетелей». Таким образом, влияние слабого антропного принципа распространяется только на тот отрезок эволюции Вселенной, когда в ней возникла разумная жизнь и требуется, чтобы именно в эту эпоху Вселенная удовлетворяла тем жестким условиям, которые были указаны выше.

Но обладает ли в этом случае сформулированный принцип какой-либо эвристической силой и не является ли он простой констатацией факта? Прежде всего заметим, что сложные формы движения материи (сложные химические соединения, необходимые для разумной жизни) могли возникнуть во Вселенной только на определенном этапе ее эволюции. Таких условий не было в далеком прошлом Вселенной, когда не было еще ни звезд, ни планет. По-видимому, большие трудности для зарождения жизни (а тем более, разума) возникнут и в далеком будущем, когда погаснут звезды, а тем. более позже, когда начнут распадаться тяжелые частицы, превращаясь в фотоны и нейтрино.

Итак, мы приходим к выводу: разумная жизнь может возникнуть во Вселенной во вполне определенный период - в эпоху, когда есть для этого условия. Следуя И. Д. Новикову, можно сказать, что Вселенная может «порождать наблюдателей» («свидетелей») только в нашу эпоху. Этот вывод позволяет объяснить совпадение времен, подмеченное Дираком. Можно показать, что промежуток времени 10^10 по порядку величины равен продолжительности жизни средней звезды, и возраст Вселенной примерно равен возрасту звезд. Когда возраст Вселенной намного превзойдет возраст звезд и они потухнут, зарождение и развитие жизни вплоть до разумной, станет уже невозможным. С другой стороны, тот же процесс невозможен и в заметно более раннюю эпоху, ибо для этого необходимо появление звезд и их длительное стабильное излучение. Еще один вывод слабого антропного принципа: наблюдатели могут появиться только при определенном наборе физических констант (включая и размерность пространства), при определенных физических законах. Если и были (и, возможно, есть?) вселенные с иными законами, в них никогда не возникнет разумная жизнь. В этом смысле, наша Вселенная такая, какой мы ее видим именно потому, что в ней есть мы.

Последний вывод допускает довольно-таки глобальное обобщение, которое названо сильным антропным принципом. Б. Картер сформулировал его так: «Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель». Этот принцип накладывает ограничения уже на все врем я существования Вселенной и всю ее структуру. Он утверждает, что Вселенная должна быть приспособлена для возникновения и развития жизни, и как законы физики, так и начальные условия подстраиваются так, чтобы обеспечить эволюцию жизни вплоть до ее разумной формы. В этом отношении сильный антропный принцип сродни религиозному объяснению мира: Бог сотворил мир, чтобы люди населяли его. Очевидно, что в этом случае слабый антропный принцип есть лишь частный случай сильного.

С физической и философской точек зрения представляется странным, что только существование разумной жизни должно объяснить структуру Вселенной. Сложившиеся физические условия могли бы привести к появлению человека, но вряд ли можно приписать разумной жизни возможность формулировать требования, обязательные для всей окружающей материи в любые временные эпохи. В середине 80-х гг. А. Линде и А. Ста-робинский предложили такую модель возникновения Вселенной, которая предполагает, что природа действительно «пыталась и пытается создавать» бесконечное число вселенных с разной физикой, т. е. с разными наборами фундаментальных констант, с разной размерностью пространства и т. д. И тогда мы - наблюдатели - появились только в редчайшей из этих вселенных, нашей Вселенной, которая удовлетворяет всем требованиям, необходимым для возникновения и развития жизни вплоть до разумной формы, т. е. в том мире, который подчиняется сильному антропному принципу.

Вариант конспекта № 4

Антропный космологический принцип

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 (Большой взрыв) 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 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.

На самом деле, 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. Первым эту мысль озвучил американский астрофизик Роберт Дик (Robert H. Dicke, 1916–1997), а окончательно сформулировал в 1973 году также американец Брэндон Картер (Brandon Carter, р. 1942) – этот космолог усмотрел в антропном принципе расширение задолго до него сформулированного принципа Коперника. Согласно Картеру мы имеем два формально раздельных космологических вселенских антропных принципа – слабый и сильный.

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 (см. вставку), 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 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.

Однако и этого 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.

Что касается ученых-естествоиспытателей, то большинство из них безоговорочно признают антропный принцип в его «слабой» формулировке, поскольку здесь он является не более, чем обычным упражнением в логике (кто-то, возможно, даже сочтет его тавтологией: «мы живы, потому что живы и сознаем этот факт»). Сильный же антропный принцип широкого признания так и не получил по причине практической невозможности его проверки.

Вариант конспекта № 5