Размещено на http://www.allbest.ru/

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева

(ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева)

Реферат на тему

«Антропный принцип современной космологии»

Выполнила

студентка 104 группы

Никитина Марина

Москва 2014

Введение

Антропный принцип затрагивает одну из вечных философских тем - идею единства человека и Вселенной. Но какова природа этого единства? На этот вопрос даются диаметрально противоположные ответы, выражаемые часто в остро парадоксальной, даже эпатирующей форме, что лишь подогревает дискуссии. Далеко не все авторы отзываются об антропном принципе в позитивном духе. Некоторые предпочитают вовсе обходить его молчанием. Это вполне понятно, поскольку антропный принцип выглядит довольно необычно среди других научных принципов. Многие хотели бы видеть в антропном принципе ответ на вопрос: почему природа устроена именно так, а не иначе? Согласно некоторым версиям антропного принципа, наша Вселенная обладает наблюдаемыми нами свойствами по той причине, что во Вселенной с иными свойствами наблюдателя бы просто не было и, следовательно, некому было бы задавать вопросы об устройстве мироздания. Отсюда иногда заключают, что во Вселенной "по-видимому, действует скрытый принцип, организующий ее определенным образом". Он расценивается даже как "единственная попытка научно объяснить кажущуюся таинственной структуру физического мира"

Антропоцентрический и антропный принцип

вселенная антропный константа вещество

При обсуждении антропного принципа (АП) представляется целесообразным с самого начала провести разграничение между ним и антропоцентрическим принципом, идущим от Аристотеля. Сходство в наименовании и некоторые неудачные формулировки АП привели к тому, что в ряде случаев между антропным и антропоцентрическим принципом ставится, по существу, знак равенства. На мой взгляд, это явилось одной из причин довольно острой полемики, которая возникла вокруг АП. Между тем, содержание этих принципов различно. Антропоцентрический принцип декларирует центральное или, во всяком случае, уникальное, привилегированное положение человека во Вселенной. АП также устанавливает определенное соотношение между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и наличием в ней жизни и человека, точнее - между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Однако характер этого отношения иной - он не требует и не утверждает исключительности человеческого рода.

АП и принцип Коперника-Бруно

Формальный толчок началу дискуссии о месте человека во Вселенной дало обсуждение проблемы совпадения больших чисел - странной численной взаимосвязи параметров микромира (постоянной Планка, заряда электрона, размера нуклона) и глобальных характеристик Метагалактики (ее массы, размера, времени существования). Эта проблема поставила вопрос: насколько случайны параметры нашего мира, насколько они взаимосвязаны между собой, и что произойдет при их незначительном изменении? Анализ возможного варьирования основных физических параметров показал, что даже незначительное их изменение приводит к невозможности существования нашей Метагалактики в наблюдаемой форме и не совместимо с появлением в ней жизни и, соответственно разума.

Один из авторов антропного принципа Б. Картер считает основанный на нем подход определенной реакцией против чрезмерно слепого следования "принципу Коперника". По Копернику, замечает он, "мы не должны, не имея на то оснований, предполагать, что занимаем привилегированное центральное положение во Вселенной". Заметим, что этот тезис, строго говоря, правильнее было бы связывать с именем Бруно, а не Коперника. Последний лишил Землю выделенного положения во Вселенной, однако наделил этим статусом Солнце. В рассуждении Картера речь идет о равноправии, эквивалентности всех точек или мест во Вселенной. Такое миропонимание, нашедшее отражение и в современном космологическом принципе, непосредственно восходит к учению Бруно о "множественности миров". Несомненно, впрочем, что Коперник стоит у истоков этой идейной эволюции, точнее - революции.

Физическое содержание АП

Космологов и физиков-теоретиков, занимающихся космологией, интересовали проблемы: почему тот или иной космологический параметр имеет вполне определенное значение? Почему мир устроен так, а не иначе? Почему Вселенная такова, как мы ее наблюдаем? Подход, который использовался при решении этой проблемы, соответствует обычной, принятой физике методологии. Если нас интересуют значения каких-то параметров, попробуем проварьировать эти значения и посмотрим, как изменятся при этом условия в изучаемой системе (в данном случае во Вселенной). Этот естественный и вполне разумный подход неожиданно (как мне кажется - для самих исследователей) привел к установлению связи между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной.

1. Размерность физического пространства N. Это одна из важнейших фундаментальных характеристик нашего Мира.

Почему пространство имеет три измерения? Очевидно, при N < 3 человек существовать не может. Возможно, что существуют двумерные и одномерные миры. Мы можем мысленно изучать их свойства, но наблюдать эти миры мы не можем. Остаются миры, в которых N T 3. Каковы физические законы в этих мирах? В нашем трехмерном мире для дальнодействующих взаимодействий (к которым относятся гравитационное и электромагнитное взаимодействия) сила взаимодействия двух точечных источников убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними - закон всемирного тяготения и закон Кулона. Выражение для силы можно записать в виде

F3 = a3/R3-1

где a3 - коэффициент пропорциональности, зависящий от произведения взаимодействующих зарядов (или масс). Индекс 3 указывает, что формула справедлива для трехмерного пространства. Эту формулу легко обобщить на случай N - мерного пространства:

FN = aN/RN-1

Анализ характера движения под действием такой силы (Эренфест, 1917г.) показал, что при N T 4 в задаче двух тел не существуют замкнутые устойчивые орбиты: планета либо падает на центральное тело, либо уходит в бесконечность. То есть, в таких мирах не существует аналогов планетных систем и атомов, а, следовательно, в них невозможна жизнь. Таким образом, размерность пространства оказывается жизненно важным фактором. Единственное значение параметра N, которое совместимо с существованием жизни во Вселенной, N = 3. Это, конечно, не объясняет, почему наш мир трехмерный, но это указывает на то, почему мы наблюдаем именно такой мир: в другом мире мы просто не могли бы существовать. Это относится не обязательно к человеку, но к любому разумному существу (наблюдателю), представляющему собой некую сложную структуру, построенную из атомов. (Здесь даже не обязательно ограничиваться рассмотрением водно-углеродной жизни).

2. Средняя плотность вещества во Вселенной. В космологии существует понятие критической плотности rc . Если средняя плотность вещества во Вселенной r < rc , то кривизна пространства отрицательна, Вселенная неограниченно расширяется; при r > rc кривизна положительна, мир замкнут, расширение сменяется сжатием; при r = rc кривизна пространства равна нулю - геометрия мира евклидова. Критическая плотность rc = 10-29. Средняя плотность "светящегося" вещества, полученная из наблюдений, меньше rc , но по порядку величины близка к ней. Если учесть возможно существующую "скрытую массу" во Вселенной, то средняя плотность r должна быть еще ближе к критической; может быть она даже превзойдет ее, но останется вблизи rc . Итак, во Вселенной удовлетворяется соотношение r = rc . Такое совпадение удивительно, ибо плотность, вообще говоря, может иметь произвольное значение. Как это объяснить? Средняя плотность связана со скоростью расширения Вселенной. Если r < rc , Вселенная расширяется слишком быстро, и в ней не могут образоваться гравитационно-связанные системы - галактики и звезды, которые необходимы для жизни. Если r > rc , гравитационно-связанные системы легко возникают, но время жизни такой Вселенной (длительность цикла расширение-сжатие) мало, много меньше, чем требуется для возникновения жизни. Таким образом, если бы условие r = rc не выполнялось, то жизнь в такой Вселенной была бы невозможна. Следовательно, средняя плотность вещества во Вселенной тоже оказывается жизненно-важным фактором, а условие r = rc - необходимым для существования жизни во Вселенной. Это, опять-таки, не объясняет, почему в нашей Вселенной выполняется данное соотношение, но позволяет предсказать его для любой обитаемой Вселенной.

3. Совпадение больших чисел. Существует несколько удивительных соотношений между константами, характеризующими Вселенную. Они даже получили название "совпадение больших чисел". Одно из них связывает постоянную Хаббла (Но) с атомными константами. Возникает вопрос: как объяснить это совпадение? Является ли оно чисто случайным или его можно предсказать теоретически? Оказывается это возможно, но только для обитаемой Вселенной.

Б. Картер сформулировал это положение в следующем виде: можно теоретически (до наблюдений) предсказать "совпадения больших чисел", если использовать некий антропологический принцип: то, что мы можем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования. Посмотрим, как он работает в рассматриваемом примере.

В соответствии с антропным принципом, в обитаемой Вселенной должно выполняться соотношение

Tо ~ Ts

где Tо - современный возраст Вселенной (т.е. возраст в момент существования наблюдателя), а Ts - время жизни звезды на главной последовательности.

Действительно, если Tо Є Ts, то к моменту Tо в недрах звезд не успеют образоваться тяжелые элементы, необходимые для жизни. Если Tо є Ts , то к этому моменту все ядерное горючее уже выгорит, ядерные реакции в недрах звезд прекратятся, и они перестанут поставлять энергию, необходимую для жизни. Следовательно, условие Tо ~ Ts является необходимым для существования жизни. И поэтому можно предсказать, что оно должно выполняться в нашей Вселенной. Но Tо = I/Hо, а Ts выражается через атомные константы; Если подставить соответствующее выражение, то можно убедиться, что соотношение Tо ~ Ts эквивалентно рассматриваемому совпадению "больших чисел", которое, таким образом, тоже может быть предсказано.

4. Структура Вселенной и фундаментальные константы. Природа материального мира, его важнейшие свойства в значительной мере определяются фундаментальными физическими константами. К ним, прежде всего, относятся безразмерные константы четырех физических взаимодействий: гравитационного ag , слабого aw электромагнитного ae и сильного as , а также массы основных элементарных частиц: протона mp , нейтрона mn и электрона me. Другие фундаментальные константы, такие как постоянная Планка, гравитационная постоянная G, скорость света c и заряд электрона e входят в определение безразмерных констант. Значения констант получены из эксперимента. Но почему они имеют именно такие значения? Почему, например, константа гравитационного взаимодействия так мала? Что было бы, если увеличить ее значение? Что будет, если увеличить массу протона? Исследованию зависимости между структурой Вселенной и численными значениями фундаментальных констант посвящено много работ. Основной результат состоит в том, что структура Вселенной крайне чувствительна к численным значениям этих постоянных: она сохраняется только в очень узких пределах их изменения. Достаточно значению какой-либо из постоянных выйти за эти узкие пределы, как структура Вселенной претерпевает радикальные изменения: в ней становится невозможным существование одного или нескольких основных структурных элементов - атомных ядер, самих атомов, звезд или галактик. Во всех этих случаях во Вселенной не может существовать и жизнь. Таким образом, значения фундаментальных констант определяют условия, необходимые для существования во Вселенной жизни (и наблюдателя). Это довольно неожиданный результат! Он означает, что в любой обитаемой Вселенной (мыслимой или реально существующей) фундаментальные физические константы не могут иметь иные значения, кроме тех, которые известны нам из опыта. Следовательно, используя антропный принцип, мы можем приближенно предсказать значения этих констант, ничего не зная о результатах их экспериментального определения.

Эти и подобные им примеры (которые можно увеличить) исчерпывают физическое содержание АП. Все остальное относится к его интерпретации.

Сильный и слабый антропный принцип

Картер выделил две различные формулировки: слабый АП и сильный АП. Слабый АП он сформулировал таким образом: "наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим существованием во Вселенной". Сильный АП гласит: "Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит), должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей" Различие между слабым и сильным АП состоит в следующем. Слабый АП применяется к параметрам, которые зависят от современного возраста Вселенной. Сильный АП применяется к параметрам, которые от возраста не зависят. При применении слабого АП речь идет о положении человека во временной шкале. Пример - предсказание соотношения между Hо и атомными константами (п.4.3). Как мы видели, в данном случае АП приводит к соотношению

To ~ Ts

где To - современный возраст Вселенной.

Возраст Вселенной T не является ее постоянной характеристикой, он меняется с течением времени, может быть больше и меньше. Если возраст T Є Ts , Вселенная остается безжизненной; если T є T , жизнь во Вселенной также невозможна. Значит наблюдатель может существовать только в период времени, когда возраст Вселенной To ~ Ts . Это накладывает ограничение на положение наблюдателя во временной шкале - ограничение, которое является следствием естественных законов природы. Никакой привилегии для наблюдателя здесь нет. Просто он может появиться лишь тогда, когда созреют необходимые условия, и существует до тех пор, пока условия допускают его существование. Вне этого контекста, формулировка, утверждающая, что наше положение является привилегированным (да еще с необходимостью привилегированным) - дает повод воспринимать ее, как некую дань антропоцентризму.

Поскольку сильный АП применяется к параметрам, которые от возраста Вселенной не зависят, он накладывает ограничение не на положение человека во времени, а на параметры, присущие самой Вселенной. В этом смысле ограничения являются более сильными, отсюда и название: сильный АП. Поскольку во Вселенной существует жизнь и наблюдатель, то условия должны допускать его существование, независимо от того, когда и как он возникнет. Ведь, если они этого не допускают, то наблюдатель никогда не сможет возникнуть. Например, если размерность физического пространства N - 3 , человек не сможет существовать в такой Вселенной, независимо от ее возраста. Чтобы во Вселенной на каком-то этапе мог появиться человек, необходимо, чтобы N = 3 . Именно это и утверждает сильный АП.

Конечно, если понимать приведенные высказывания буквально, то следует признать, что здесь причина и следствие поменялись местами. В действительности не Вселенная такова, потому что в ней существует человек, а человек существует во Вселенной потому, что в ней реализовались именно те условия из множества возможных, которые оказались допустимыми для существования в ней жизни (и наблюдателя). Но раз уж это произошло, и мы существуем, то наблюдаемые свойства Вселенной не могут быть иными чем те, которые требуются для того, чтобы жизнь в ней стала возможной. Разумеется, можно по следствию судить о причине. Но при этом не следует выдавать следствие за причину.

Можно сформулировать два крайних предположения обосновывающих АП: 1) разум в нашей Метагалактике явление абсолютно случайное, которое стало возможным лишь благодаря маловероятному, но реализованному совпадению многих независимых физических параметров; 2) наличие биологической и социальной форм движения закономерное следствие развития Вселенной, а все ее физические характеристики взаимосвязаны и взаимообусловлены таким образом, что с необходимостью вызывают появление разума.

Заключение

Ценность антропного принципа состоит, во-первых, в том реальном содержании, которым с его помощью удалось наполнить наше представление о допустимых условиях во Вселенной в целом (работы Г.М.Идлиса, Р.Дикке, Б. Картера, С. Хокинга, Дж.Уилера, И.Л. Розенталя, И.Д. Новикова и др.).

Во-вторых, очень важной является установленная с помощью АП связь между глобальными характеристиками Вселенной в целом и фундаментальными параметрами материального мира, с одной стороны, и жизненно-важными параметрами - с другой. Иными словами - обнаружение того, что самые существенные свойства Вселенной являются необходимыми для жизни. Тривиален вывод о том, что во Вселенной существует комплекс необходимых и достаточных условий, ибо он, по определению, существует в системе, где есть жизнь. Нетривиально, что самые существенные черты Вселенной оказались необходимыми для жизни (они могли бы быть просто допустимыми). Нетривиально то, что предпосылки для существования разумной жизни уходят своими корнями глубоко в фундаментальные структуры материи.

В-третьих, применение антропного принципа показало, что пределы изменения параметров, определяющие необходимые условия, очень узки: достаточно небольшого изменения параметров - и жизнь во Вселенной становится невозможной. Вот эта исключительно тонкая подстройка глобальных свойств нашей Вселенной к условиям, в которых становится возможным существование жизни (и человека) является, пожалуй, наиболее впечатляющим и, несомненно, очень важным результатом применения АП. Более того, при этом обнаружилась поразительная взаимосогласованность фундаментальных констант и астрономических свойств Вселенной, демонстрирующая глубокую целесообразность и гармонию физических законов. Это послужило дополнительным поводом для интерпретации АП в духе антропоцентризма, для отождествления его с антропоцентрическим принципом. Между тем, ни тонкая подстройка, ни взаимосогласованность параметров не декларируются антропным принципом. Они объективно присущи миру, АП только помогает вскрыть эту объективную реальность.

Наконец, можно отметить эстетическую роль антропного принципа. Ю.В.Линник видит эстетическую роль АП в том, что он "утверждает гармонию космоса и человека. Древняя идея о связи между человеком и миром получает здесь качественно новое осмысление"29. Сходную мысль высказывает В.В.Казютинский: "Выявляется глубочайшая связь человека и Вселенной и снова, еще в одном аспекте, подчеркивается "человекомерность" объектов астрономического исследования"

Литература

1. Казютинский В.В., Балашов Ю. В. Антропный принцип. История и современность //Природа - 1989. - №1

2. Картер Б. Совпадение больших чисел и антропологический принцип в космологии // Космология: теория и наблюдения. М., 1978.

3. Гиндилис Л.М. Антропный принцип: занимает ли человек исключительное место во Вселенной?

4. Нестерук А.В. Проблемы глобального эволюционизма и антропный принцип в космологии

5. Балашов Ю.В., Илларионов С.В. Антропный принцип: содержание и спекуляции

6. Идлис Г.М. От антропного принципа к разумному первоначалу

7. Глобальный эволюционизм (философский анализ). Москва, 1994 Ответственный редактор: Л.В. Фесенкова, редколлегия: Р.С.Карпинская, И.К. Лисеев, А.Т. Шаталов.

Размещено на Allbest.ur