Vad är det antropiska principen?

De antropisk princip är tron ​​att om vi tar mänskligt liv som ett givet tillstånd i universum, kan forskare använda detta som utgångspunkten för att härleda universums förväntade egenskaper som överensstämmande med att skapa mänskliga liv. Det är en princip som har en viktig roll i kosmologin, särskilt när man försöker hantera universums uppenbara finjustering.

Frasen "antropisk princip" föreslogs först 1973 av den australiska fysikern Brandon Carter. Han föreslog detta på 500-årsjubileet för födelsen av Nicolaus Copernicus, som en kontrast till Copernican princip som betraktas som att ha minskat mänskligheten från någon slags privilegierad position inom universum.

Nu är det inte så att Carter trodde att människor hade en central position i universum. Den kopernikanska principen var fortfarande i princip intakt. (På detta sätt är uttrycket "antropisk", som betyder "relaterat till mänskligheten eller människans existensperiod", något olyckligt, som ett av citaten nedan indikerar.) I stället, vad Carter hade i åtanke var bara att det faktum att mänskligt liv är ett bevis som inte i sig själv kan vara helt diskonteras. Som han sa: "Även om vår situation inte nödvändigtvis är central är den oundvikligen privilegierad för vissa omfattning. "Genom att göra detta ifrågasatte Carter verkligen en ogrundad konsekvens av kopernikanen princip.

Före Copernicus var standardsynpunkten att jorden var en speciell plats och grundligt lydde olika fysiska lagar än alla resten av universum - himlarna, stjärnorna, de andra planeterna, etc. Med beslutet att jorden inte var grundläggande annorlunda var det mycket naturligt att anta det motsatta: Alla regioner i universum är identiska.

Vi kan naturligtvis föreställa oss många universum som har fysiska egenskaper som inte tillåter människans existens. Till exempel kan universum ha bildats så att den elektromagnetiska avstötningen var starkare än attraktionen för den starka kärnkraftsinteraktionen? I detta fall skulle protoner skjuta varandra från varandra istället för att binda samman i en atomkärna. Atomer, som vi känner dem, skulle aldrig bildas... och därmed inget liv! (Åtminstone som vi känner till det.)

Hur kan vetenskapen förklara att vårt universum inte är så här? Enligt Carter betyder det faktum att vi kan ställa frågan att vi uppenbarligen inte kan vara i detta universum... eller något annat universum som gör det omöjligt för oss att existera. Dessa andra universum skulle kunna har bildats, men vi skulle inte vara där för att ställa frågan.

Carter presenterade två varianter av den antropiska principen, som har förfinats och modifierats mycket under åren. Formuleringen av de två principerna nedan är min egen, men jag tror fångar nyckelelementen i huvudformuleringarna:

• Weak Anthropic Principle (WAP): Observerade vetenskapliga värden måste kunna tillåta att det finns minst en region i universum som har fysiska egenskaper som tillåter människor att existera, och vi finns inom den regionen.
• Starkt antropiskt princip (WAP): Universum måste ha egenskaper som gör att livet kan existera i det vid någon tidpunkt.

Det starka antropiska principen är mycket kontroversiell. På något sätt, eftersom vi existerar, blir detta inget annat än en truism. Men i deras kontroversiella bok från 1986 Det kosmologiska antropiska principen, fysikerna John Barrow och Frank Tipler hävdar att "måste" inte bara är ett faktum baserat på observation i vårt universum, utan snarare ett grundläggande krav för att ett universum ska existera. De baserar detta kontroversiella argument till stor del på kvantfysik och Deltagande antropiskt princip (PAP) föreslagit av fysiker John Archibald Wheeler.

Om du tror att de inte kunde bli mer kontroversiella än detta går Barrow och Tipler mycket längre än Carter (eller till och med Wheeler), gör ett påstående som har mycket liten trovärdighet i det vetenskapliga samfundet som ett grundläggande villkor för universum:

Final Anthropic Principle (FAP): Intelligent informationsbearbetning måste komma till existens i universum, och när den väl har funnits kommer den aldrig att dö ut.

Det finns verkligen ingen vetenskaplig motivering för att tro att den slutliga antropiska principen har någon vetenskaplig betydelse. De flesta tror att det är lite mer av en teologisk påstående klädd i vagt vetenskapliga kläder. Fortfarande, som en "intelligent informationsbearbetande" art, antar jag att det inte kan skada att hålla fingrarna korsade på den här... åtminstone tills vi utvecklar intelligenta maskiner, och då antar jag att även FAP kan tillåta en robot-apokalyps.

Som nämnts ovan är de svaga och starka versionerna av den antropiska principen i viss mening verkligen truism om vår position i universum. Eftersom vi vet att vi existerar kan vi göra vissa specifika påståenden om universum (eller åtminstone vår region i universum) baserat på denna kunskap. Jag tror att följande citat väl sammanfattar motiveringen för denna inställning:

"Naturligtvis, när varelserna på en planet som stöder livet undersöker världen runt dem, kommer de säkert att upptäcka att deras miljö uppfyller de villkor de behöver för att existera.

Det är möjligt att förvandla det sista uttalandet till en vetenskaplig princip: Vår själva existens inför regler som bestämmer var och vid vilken tidpunkt det är möjligt för oss att observera universum. Det vill säga att vårt faktum begränsar egenskaperna för den typ av miljö som vi befinner oss i. Den principen kallas den svaga antropiska principen... En bättre term än "antropisk princip" skulle ha varit "urvalsprincip", eftersom principen hänvisar till hur vår egen kunskap om vår existens inför regler som väljer ut ur alla möjliga miljöer bara miljöer med de egenskaper som tillåter liv." -- Stephen Hawking & Leonard Mlodinow, Grand Design

Den antropiska principens nyckelroll i kosmologin är att hjälpa till att ge en förklaring till varför vårt universum har de egenskaper det gör. Det brukade vara så att kosmologer verkligen trodde att de skulle upptäcka någon form av grundläggande egendom som sätter de unika värden vi observerar i vårt universum... men detta har inte hänt. Istället visar det sig att det finns en mängd olika värden i universum som verkar kräva ett mycket smalt, specifikt intervall för att vårt universum ska fungera som det gör. Detta har blivit känt som finjusteringsproblemet genom att det är ett problem att förklara hur dessa värden är så finjusterade för människors liv.

Carters antropiska princip möjliggör ett brett spektrum av teoretiskt möjliga universum som var och en innehåller olika fysiska egenskaper, och våra tillhör den (relativt) lilla uppsättningen av dem som skulle möjliggöra för människor liv. Detta är det grundläggande skälet som fysiker tror att det antagligen finns flera universum. (Se vår artikel: "Varför finns det flera universum?")

Detta resonemang har blivit mycket populärt bland inte bara kosmologer, utan också de fysiker som är involverade i strängteorin. Fysiker har funnit att det finns så många möjliga varianter av strängteori (kanske så många som 10)⁵⁰⁰, som verkligen bugnar sinnet... till och med hjärnan hos strängteoretiker!) som vissa, särskilt Leonard Susskind, har börjat anta uppfattningen att det finns en enorm sträng teori landskap, vilket leder till flera universum och antropisk resonemang bör tillämpas vid utvärdering av vetenskapliga teorier relaterade till vår plats i detta landskap.

Ett av de bästa exemplen på antropiskt resonemang kom när Stephen Weinberg använde det för att förutsäga det förväntade värdet på kosmologisk konstant och fick ett resultat som förutspådde ett litet men positivt värde, som inte passade med förväntningarna på dagen. Nästan ett decennium senare, när fysiker upptäckte att universumets expansion expanderade, insåg Weinberg att hans tidigare antropiska resonemang hade varit på plats:

"... Strax efter upptäckten av vårt accelererande universum föreslog fysiker Stephen Weinberg, baserat på ett argument han hade utvecklat mer än ett decennium tidigare - innan upptäckten av mörk energi-det där... kanske valde den kosmologiska konstanten som vi mäter idag på något sätt "antropiskt". Det vill säga, om det på något sätt fanns många universum, och i varje universum tog värdet på energin i tomt utrymme ett slumpmässigt valt värde baserat på någon sannolikhet fördelning mellan alla möjliga energier, då bara i de universum där värdet inte skiljer sig från det vi mäter skulle livet som vi känner det kunna utveckla... Sagt på ett annat sätt är det inte så förvånande att upptäcka att vi lever i ett universum där vi kan leva! " - Lawrence M. Krauss,

Det finns verkligen ingen brist på kritiker av den antropiska principen. I två mycket populära kriterier av strängteori, Lee Smolin's Problemet med fysik och Peter Woit Inte ens fel, den antropiska principen citeras som en av de viktigaste punkterna.

Kritikerna gör en giltig poäng att den antropiska principen är något av en dodge, eftersom den uppdaterar den fråga som vetenskapen normalt ställer. Istället för att leta efter specifika värden och orsaken till att dessa värden är vad de är, är det istället tillåter en hel mängd värden så länge de överensstämmer med ett redan känt slut resultat. Det är något som är grundläggande oroande med denna strategi.