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 utgångspunkt för att härleda förväntade egenskaper hos universum som förenliga med att skapa mänskligt liv. Det är en princip som spelar en viktig roll i kosmologin, särskilt när man försöker hantera universums uppenbara finjustering.

Ursprunget för det antropiska principen

Uttrycket "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 den kopernikanska principen som ses som att ha fördärvt mänskligheten från någon form av 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 termen "antropisk", som betyder "relaterat till mänskligheten eller människans existensperiod", något olyckligt, som en av citaten nedan antyder.) I stället, vad Carter hade i åtanke var bara att faktum om människoliv är ett bevis som inte i sig själv kan diskonteras helt. Som han sa: "Även om vår situation inte nödvändigtvis är central, är den oundvikligen privilegierad till viss del." Genom att göra detta ifrågasatte Carter verkligen en ogrundad konsekvens av den kopernikanska principen.

Före Copernicus var standardsynpunkten att jorden var en speciell plats och följde grundläggande 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.

Varianter av antropiskt princip

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 något universum ska existera. De baserar detta kontroversiella argument till stor del på kvantfysik och den deltagande antropiska principen (PAP) som föreslagits av fysiker John Archibald Wheeler.

Ett kontroversiellt intervall - slutligt antropiskt princip

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), vilket gör ett påstående som håller 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 sedan antar jag att även FAP kan tillåta en robot-apokalyps.

Motivera det antropiska principen

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 "urvalsprincipen", eftersom principen hänvisar till hur vår egen kunskap om vår existens inför regler som väljs ut ur all möjlig miljö endast de miljöer med egenskaper som tillåter liv. " -- Stephen Hawking & Leonard Mlodinow, Grand Design

Det antropiska principen i handling

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 vår tillhör den (relativt) lilla uppsättningen av dem som skulle möjliggöra mänskligt liv. Detta är det grundläggande skälet som fysiker tror att det troligen 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 strängteori. Fysiker har funnit att det finns så många möjliga varianter av strängteori (kanske så många som 10)⁵⁰⁰, vilket verkligen prövar sinnet ... till och med hjärnan från stränsteoretiker!) som vissa, särskilt Leonard Susskind, har börjat anta synvinkeln att det finns en enorm sträng teori landskap, vilket leder till flera universum och antropiskt 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 den kosmologiska konstanten och fick ett resultat som förutspådde ett litet men positivt värde, som inte passade med dagens förväntningar. Nästan ett decennium senare, när fysiker upptäckte att universumets expansion expanderade, insåg Weinberg att hans tidigare antropiska resonemang hade varit på plats:

"... Kort 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 - att ... kanske värdet på den kosmologiska konstanten som vi mäter idag var på något sätt "antropiskt" valt. 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 sannolikhetsfördelning bland alla möjliga energier, då bara i de universum där värdet är inte så annorlunda än vad vi mäter skulle livet, eftersom vi vet att det skulle kunna utvecklas ... Sagt på ett annat sätt, det är inte så förvånande att upptäcka att vi lever i ett universum där vi kan leva! " -- Lawrence M. Krauss,

Kritik av antropiskt princip

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, tillåter det istället ett helt antal värden så länge de överensstämmer med ett redan känt slutresultat. Det är något som är grundläggande oroande med denna strategi.