Чалавек можа існаваць сёння ў нашым свеце дзякуючы інгрэдыентам і правілам, якія складаюць Сусвет. Калі б усё было інакш, разумным назіральнікам любога тыпу было б немагчыма. (VANIARAPOSO / PIXABAY)

Антрапны прынцып - тое, што выкарыстоўваюць навукоўцы, калі яны адмовіліся ад навукі

Так, жыццё існуе ў нашай Сусвеце. Не, гэта сцвярджэнне не роўна навуцы.

Уявіце, што вы сутыкнуліся з прыроднай з'явай, якую хочаце лепш зразумець, але не маеце інструментаў для гэтага. Магчыма, вам цікава, чаму фундаментальныя канстанты маюць значэнні, якія яны робяць, ці колькі гадоў Зямлі, ці ёсць там нявырашаныя матэрыі. Пры звычайных абставінах вы будзеце праводзіць свой запыт навукова: робячы вымярэнні і назіранні, якія задаюць Сусвету пытанні пра сябе. Вы збіраеце дадзеныя, атрымліваеце вынікі і робіце высновы на аснове таго, што знайшлі.

Але часам вы не ведаеце, як праводзіць эксперыменты і збіраць неабходныя назіранні. Часам можна звярнуцца толькі да самых асноўных здагадкаў: што, як бы Сусвет не паводзіла сябе, яна паводзіла сябе так, што дазваляла нараджаць такіх разумных назіральнікаў, як мы. Гэтая лінія мыслення вядомая як Антрапічны прынцып. Хоць гэта можа служыць карыснай адпраўной кропкай, гэта не заменіць сапраўднай навуцы.

Галактыка Messier 94 вялікая, шырокая і прыгожая, і з'яўляецца дамінуючым членам слаба звязанай групы, названай для яе. Тое, што Сусвет не пашырылася занадта хутка, каб зоркі і галактыкі ні ўтварыліся, ні ўспаміналіся перад тым, як тыя самыя сутнасці маглі з'явіцца, з'яўляецца дзіўным, але невытлумачальным, фактам рэальнасці. (R JAY GABANY (OBS. BLACKBIRD))

Ніхто не сумняваецца, што Сусвет існуе, што яна падпарадкоўваецца фундаментальным законам і што мы - як і ўсе астатнія ў гэтай Сусвеце - таксама падпарадкоўваемся гэтым жа правілам. Мы ўзніклі натуральна, і таму Сусвет павінна мець такія ўласцівасці, якія, па меншай меры, дазваляюць зарабіць інтэлігентным, жывым назіральнікам, як мы, калі не абавязковым.

Наўрад ці гэта спрэчнае сцвярджэнне, бо ён проста сцвярджае, што Сусвет паводзіць сябе так, як гэта адпавядае нашым паводзінам. Тое, што мы называем Антрапным прынцыпам, - гэта проста больш дасканалая версія Дэкарта: я існую ў гэтай Сусвеце, і таму Сусвет існуе такім чынам, што адпавядае маім існаванню ў ёй.

Сілуэт супраць Аўроры, створанай каля палюсоў на Зямлі, два чалавекі, як і самі Аўроры, магчымы толькі з-за матэрыі ў Сусвеце і асноўных правілаў фізікі, якія яна выконвае. (BEN HUSSMAN / FLICKR)

Тым не менш, некаторыя з лепшых навукоўцаў у свеце пачалі выкарыстоўваць прынцып антрапікі ў якасці замены для навуковых даследаванняў. Для навуковай супольнасці, якая ідзе па гэтым шляху, гэта адзін з самых небяспечных магчымых шляхоў. Вы рызыкуеце: падмануць сябе, думаючы, што вы выявілі нешта значнае, калі ўсё, што вы зрабілі, заключаецца ў абмежаванні на ўласныя (не абавязкова добрыя) здагадкі.

Мы мяркуем, што нам добра вызначыць, якія ўласцівасці несумяшчальныя з разумным жыццём. Мы мяркуем, што нам добра паказаць, якія віды Сусвету не маглі прызнаць нашага існавання альбо існавання такога назіральніка, як мы. І мы мяркуем, што філасофскія высновы, якія мы робім, абапіраючыся на наш досвед і экстрапаляцыі, маюць значэнне ў абмежаванні таго, як праводзіцца Сусвет. У гэтым і заключаецца сутнасць антрапічнага прынцыпу, і ён можа быць не такім правільным, як мы звычайна прымаем.

Рэшткі звышновых (L) і планетарныя туманнасці (R) - гэта прадукты паміраючых, масіўных зорак, што дазваляе ім перапрацоўваць спаленыя, цяжкія элементы назад у міжзоркавую сераду і зоркі і планеты наступнага пакалення. Гэтыя працэсы з'яўляюцца двума спосабамі стварэння цяжкіх элементаў, неабходных для жыцця на аснове хімічных рэчываў, і складана (але не немагчыма) уявіць Сусвет без таго, каб яны ўсё яшчэ стваралі разумных назіральнікаў. (ЭСО / ДЗЕЯНЬНЫЯ ТЕЛЭСКОП ТОЛЕСКОП / ЛАС ІНСТРУМЕНТ & КОМАНДА (L); НАСА, ESA, CR O'DELL (VANDERBILT) і D. THOMPSON (Вялікі бінакультурны тэлескап) (R))

Антропны прынцып узнік у 1973 годзе, калі фізік Брэндон Картэр выступіў з наступнымі двума заявамі.

  1. Мы павінны быць гатовыя прыняць да ўвагі той факт, што наша размяшчэнне ў Сусвеце абавязкова прывілеявана, наколькі гэта сумяшчальна з нашым існаваннем у якасці назіральнікаў.
  2. Сусвет (а значыць, і фундаментальныя параметры, ад якіх ён залежыць) павінен складацца з таго, каб дапусціць стварэнне назіральнікаў у ім на нейкім этапе.

Першае сцвярджэнне цяпер вядома як Слабы антрапны прынцып, які проста сцвярджае, што Сусвет павінна быць такой, каб мы маглі ўзнікнуць у ёй. Другое, больш супярэчлівае сцвярджэнне называецца Моцным антрапным прынцыпам, у якім гаворыцца, што калі б ніхто не паўстаў ва Сусвеце, мы б ніколі не даследавалі яго.

Проста адзначаючы, што мы існуем у гэтай Сусвеце і што ў Сусвеце ёсць асноўныя параметры, канстанты і законы, дастаткова зрабіць высновы, якімі спосабамі Сусвет можа і не можа быць.

Чатыры сілы (або ўзаемадзеяння) прыроды, іх сілы, якія нясуць часціцы, і з'явы, альбо здзіўленыя імі часціцы. Усе тры ўзаемадзеяння, якія кіруюць мікракосмасам, значна мацнейшыя за гравітацыю і былі аб'яднаны ў стандартную мадэль. Гэта вялікае дасягненне, але мы ўсё яшчэ не ведаем, чаму законы такія, якія яны ёсць, і чаму канстанты маюць тыя каштоўнасці, якімі яны валодаюць. (TYPOFORM / NOBEL Media)

Калі правільна прымяніць Антрапічны прынцып, гэта можа прывесці вас да бліскучых навуковых дасягненняў. Каля світання 20-га стагоддзя тэорыя эвалюцыі Чарльза Дарвіна выказала здагадку, што раслінам і жывёлам спатрэбіцца па меншай меры сотні мільёнаў гадоў, каб дасягнуць разнастайнасці, якую яны ўяўляюць, у той час як геалогія мяркуе, што самой Зямлі было не менш мільярдаў гадоў .

Аднак з гэтым узнікла праблема: Сонца. Для таго, каб харчаваць Зямлю на працягу ўсяго гэтага часу, Сонцу неабходна пастаянна выводзіць дзесьці блізкае да яго цяперашняй магутнасці - 4 × 10² ват -. Але нават пры ўсёй масе, прысутнай на Сонцы, гэта было праблемай для фізікі. Не менш лічба, чым лорд Кэлвін, паспрабаваў падлічыць, колькі часу можа пражыць Сонца, калі яму трэба пастаянна адкладаць гэтую сілу, і сутыкнуўся з загадкай, якая, можна сцвярджаць, паўстала на антрапічных прыкметах.

Сірыюс А і У, звычайная (падобная на сонца) зорка і белая карлікавая зорка. Ёсць зоркі, якія атрымліваюць сваю энергію ад гравітацыйнага сціску, але гэта белыя карлікі, якія мільёны разоў слабейшыя, чым зоркі, з якімі мы больш знаёмыя. І толькі калі мы зразумелі ядзерны сінтэз, мы пачалі разумець, як свецяць зоркі. (NASA, ESA і G. BACON (STSCI))

Сонца ў асноўным складаецца з вадароду, і Кэлвін прадугледжваў тры магчымыя сцэнары развіцця таго, як Сонца магло б стварыць усю гэтую сілу:

  1. Сонца спальвае нейкі від паліва, як вадарод, пры хімічным спальванні. Гэта прывяло б да жыцця ўсяго некалькіх дзесяткаў мільёнаў гадоў: недастатковага для біялогіі і геалогіі.
  2. Сонца можа пастаянна паглынаць крыніцу паліва, як каметы альбо астэроіды, якія ён спальвае як крыніца энергіі. Аднак, нават калі ён пажырае і карыстаецца ўсімі вядомымі нам каметамі і астэроідамі, гэта толькі падоўжыць яго жыццё на дзясяткі тысяч гадоў, што зноў будзе недастатковай колькасцю.
  3. Сонца можа гравітацыйна скарачацца, пераўтвараючы гравітацыйную энергію ў святло / цяпло і забяспечваючы харчаванне Зямлі (і Сонечнай сістэмы) з гэтага метаду. Гэта прывяло б да жыцця сотняў мільёнаў гадоў, але не больш.

Гэта не ўдалося прымірыць з фізікай і геалогіяй таго часу, але з'яўленне новага механізму - навукі пра ядзерны сінтэз - прывяло да рашэння, якое задаволіла ўсіх.

У гэтым разрэзе прадстаўлены розныя ўчасткі паверхні і ўнутранай часткі Сонца, у тым ліку ядра, дзе адбываецца ядзерны сінтэз. Хоць вадарод ператвараецца ў гелій, большасць рэакцый і большасць энергіі, якая сілкуе Сонца, паступаюць з іншых крыніц. (WIKIMEDIA COMMONS USER KELVINSONG)

Сапраўды гэтак жа ў 1950-я гады людзі шукалі дэталёвае разуменне таго, як ствараліся цяжкія элементы перыядычнай табліцы. У той час як працэс ядзернага сінтэзу мог лёгка ператварыць вадарод у гелій, плаўленне гелія ў больш цяжкія элементы аказалася праблематычным. Даданне двух ядраў гелія разам стварае нестабільны ізатоп берылію, але ён распадае назад да двух ядраў гелія праз усяго ~ 10 ^ -16 секунд.

Трапіць у трэцяе ядро ​​гелія, перш чым ён распадаецца, магчыма ў гарачых і шчыльных умовах, знойдзеных у цэнтрах зорак, але хуткасць рэакцыі была б няправільнай. У фізіцы прасцей зрабіць рэакцыю на патрэбную энергію, і паколькі энергія і маса ўзаемазаменныя (праз Эйнштэйна E = mc²), навукоўцы маглі бачыць, што ядра вугляроду былі занадта лёгкімі, каб адказваць за зліццё гелія.

Прадказанне дзяржавы Хойла і адкрыццё працэсу патройнай альфа - бадай, самае надзвычай паспяховае выкарыстанне антрапных разваг у навуковай гісторыі. (WIKIMEDIA COMMONS USOR BORB)

Тым не менш, з Антрапнага прынцыпу, мы назіральнікі, якія існуюць у нашай Сусвеце, і мы самі з вугляроду. Зразумела, што Сусвет павінен быў нейкім чынам зрабіць гэты вуглярод, і зліццё гелія - ​​гэта найбольш разумны шлях. Адзіная праблема заключаецца ў тым, што энергія ядра вугляроду не мае належных уласцівасцей.

Вучоны геніяльны ўдар, Фрэд Хойл прадказаў, што ўзбуджаны стан ядра вугляроду-12 павінен існаваць пры пэўнай энергіі, каб тры ядра гелія-4 маглі эфектыўна злівацца ў вуглярод у інтэр'ерах зорак. Адкрыццё тэарэтычнага стану Хойля і механізм яго фарміравання - працэс патройнай альфай - шукаў і знайшоў фізік-ядзер Вілі Фаўлер. Праз антрапныя развагі мы раскрылі, як цяжкія элементы Сусвету ствараліся ў зорках.

Вілі Фаўлер у радыяцыйнай лабараторыі WK Kellogg ў Калтэку, якая пацвердзіла існаванне дзяржавы Хойла і працэс патройнай альфай. (КАЛТЕХСКІ АРХІВ)

Такім чынам, вы можаце падумаць, што гэтыя прыклады паказваюць, наколькі навуковы Антрапічны прынцып. Хоць яны і прадстаўляюць добрыя прыклады антрапных разваг, гэта хутчэй дэманстрацыя сапраўднай сілы Антрапічнага прынцыпу: паказаць, што рашэнне можа быць магчымым пры шэрагу зададзеных абставін.

Аднак рэальнае рашэнне патрабуе прымянення традыцыйных інструментаў навукі. У 1980-я гады ніхто не ведаў, што такое нулявая кропка пустой прасторы; мы ніколі не вымяралі нічога, што можа даць указанне на яго значэнне. Аднак той факт, што Сусвет не запомніўся і не пашырыўся занадта хутка, каб прадухіліць адукацыю зорак і галактык, дазволіў нам паставіць на гэта абмежаванне: на 10 ^ -118 слабей, чым наіўны разлік, абапіраючыся на масу Планка як дэ фактычна маштаб энергіі, азначае. Прадказанне Стывена Вайнберга, якое адносіцца да 1987 года, стала важнай вяхой для прымянення Антрапічнага прынцыпу.

Чатыры магчымыя лёсы нашага Сусвету ў будучыню; апошні, здаецца, Сусвет, у якім мы жывем, дзе пануе цёмная энергія. Тое, што знаходзіцца ў Сусвеце, разам з законамі фізікі, вызначае не толькі развіццё Сусвету, але і колькі яму гадоў. Калі б цёмная энергія была прыкладна ў 100 разоў мацней у станоўчым ці адмоўным кірунку, наша Сусвет, як мы ведаем, была б немагчымай. (Э. СІГЕЛ / У ГАЛАКСІІ)

Калі мы выявілі цёмную энергію ў 1998 годзе, мы ўпершыню вымералі гэтую лічбу і прыйшлі да высновы, што яна была ў 10 ^ -120 разоў больш наіўная. Антрапны прынцып змог накіроўваць нас да таго, што наша разліковая сіла не атрымалася, але гэта яе мяжа. Ён можа нам сказаць, дзе знаходзяцца межы таго, што магчыма для нашай Сусвету, і пануе ў нашых інакш незабяспечаных уяўленнях, але ён не можа адказаць на нашы вялікія пытанні. Для гэтага нам патрэбна актуальная навука.

На жаль, Антрапічны прынцып быў груба памылковы і тлумачыцца няправільна. У сённяшняй навуковай літаратуры сцвярджаюцца, што Антрапічны прынцып:

  • падтрымлівае мультысвету,
  • падае доказы строкавага пейзажу,
  • патрабуе, каб у нас быў вялікі газавы гігант, каб абараніць нас ад астэроідаў,
  • і тлумачыць, чаму мы знаходзімся на адлегласці ад галактычнага цэнтра.

Іншымі словамі, людзі сцвярджаюць, што Сусвет павінна быць сапраўды такім, які ён ёсць, таму што мы існуем так, як мы робімся ў гэтай Сусвеце, якая існуе са сваімі назіранымі ў цяперашні час уласцівасцямі.

Мы можам уявіць сабе мноства магчымых Сусветаў, якія маглі б існаваць, але нават калі мы будзем выконваць законы фізікі так, як яны вядомыя, усё ж ёсць фундаментальныя канстанты, неабходныя, каб дакладна вызначыць, як паводзіць сябе і развіваецца наш Сусвет. Для апісання рэчаіснасці, якой мы яе ведаем, патрабуецца досыць вялікая колькасць фундаментальных канстант, хаця многія спадзяюцца, што поўная тэорыя калі-небудзь паменшыць колькасць патрэбных. (JAIME SALCIDO / МІТУЛЯЦЫІ АБАРАМЕНТАМ АРЛА)

Але гэта не так, як працуе Антрапічны прынцып! Сусвет сапраўды дазваляла назіральнікам існаваць, але існуе шмат іншых магчымасцей для таго, як назіральнікі маглі паўстаць, акрамя шляху, які стварыў нас.

Можна канстатаваць, што ўяўная Сусвет, дзе законы фізікі робяць існаванне назіральнікаў немагчымым, не можа быць выключана як рэпрэзентацыя нашай рэчаіснасці. Гэта цудоўная заява. Але вы не можаце сцвярджаць, што Сусвет разгарнулася менавіта так. Вы не можаце патрабаваць, каб Сусвет загадвала нашым існаваннем. І вы не можаце патрабаваць, каб Сусвет была вымушана нараджаць нас менавіта такімі, як мы.

Таму што Сусвет не такі, як ён, таму што мы тут. Менавіта гэты разваг - найвялікшы вораг Антрапічнага прынцыпу ўсіх: простая лагічная памылка.

Штрафны пейзаж можа быць займальнай ідэяй, поўнай тэарэтычнага патэнцыялу, але ён не прадказвае нічога, што мы можам назіраць у нашай Сусвеце. Гэтая ідэя прыгажосці, матываваная вырашэннем «ненатуральных» праблем, сама па сабе не з'яўляецца дастатковай, каб падняцца да ўзроўню, неабходнага навуцы. (Універсітэт Кембрыда)

Несумненна, што Сусвет кіруецца законамі, канстантамі і першапачатковымі ўмовамі, якія выклікалі гэта. Тая самая Сусвет тады, у сваю чаргу, спарадзіла нас. Але гэта не патрабуе, каб Сусвет мела дакладныя ўласцівасці, якія яна мае, каб прызнаць наша існаванне, а таксама не вынікае, што Сусвет, які быў іншым фундаментальным чынам, быў бы немагчымым для назіральнікаў. Самае галоўнае, што мы не можам выкарыстоўваць Антрапны прынцып, каб даведацца, чаму Сусвет з'яўляецца такім, якім мы яе бачым, у адрозненне ад любога іншага.

Антропны прынцып можа стаць выдатнай кропкай, якая дазваляе нам абмежаваць уласцівасці Сусвету ў сувязі з фактам нашага існавання, але гэта не з'яўляецца навуковым рашэннем само па сабе. Наша задача ў навуцы, памятайце, - зразумець, як Сусвет дасягнуў сваіх сучасных уласцівасцей прыроднымі працэсамі. Калі мы заменім навуковае даследаванне антрапнымі аргументамі, мы ніколі не прыйдзем. Мультысвет можа быць сапраўдным, але Антрапічны прынцып не можа навукова растлумачыць, чаму ўласцівасці нашага Сусвету такія, якія яны ёсць.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".