什么是人择原理?(the anthropic principle?)

人择原理是这样一种信念,即如果我们将人类生命视为宇宙的一个给定条件,科学家可以以此为出发点,推导出与创造人类生命相一致的宇宙预期属性。这是一个在宇宙学中具有重要作用的原理,特别是在试图处理宇宙的明显微调方面。...

人择原理是这样一种信念,即如果我们将人类生命视为宇宙的一个给定条件,科学家可以以此为出发点,推导出与创造人类生命相一致的宇宙预期属性。这是一个在宇宙学中具有重要作用的原理,特别是在试图处理宇宙的明显微调方面。

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人择原理的起源

“人择原理”一词最早于1973年由澳大利亚物理学家布兰登·卡特提出。他是在尼古拉斯·哥白尼诞生500周年之际提出这一建议的,这与哥白尼原则形成了对比。哥白尼原则被视为将人类从宇宙中任何特权地位降级。

现在,卡特并不认为人类在宇宙中占有中心地位。哥白尼原理基本上仍然完好无损。(在这种情况下,“人类”一词的意思是“与人类或人类存在的时期有关”,正如下面引用的一段话所指出的那样,这有点不幸。)相反,卡特所想的仅仅是,人类生活的事实是一个证据,其本身不能被完全忽略。正如他所说,“虽然我们的情况不一定是核心,但在某种程度上它不可避免地是特权。”卡特这样做,确实使哥白尼原则的一个毫无根据的后果受到了质疑。

在哥白尼之前,标准的观点是地球是一个特殊的地方,遵循着与宇宙其他所有部分——天空、恒星、其他行星等——根本不同的物理定律,而地球并没有根本的不同,假设相反是很自然的:宇宙的所有区域都是相同的。

当然,我们可以想象许多宇宙的物理性质不允许人类存在。例如,也许宇宙的形成使得电磁斥力强于强核相互作用的吸引力?在这种情况下,质子会相互推开,而不是结合在一起形成原子核。原子,正如我们所知,永远不会形成。。。因此没有生命!(至少我们知道。)

科学如何解释我们的宇宙不是这样的?根据卡特的说法,我们可以问这个问题这一事实意味着我们显然不可能在这个宇宙中。。。或者其他让我们无法生存的宇宙。那些其他的宇宙可能已经形成,但我们不会在那里问这个问题。

人择原理的变体

卡特提出了人择原理的两种变体,这些变体经过多年的改进和修改。以下两个原则的措辞是我自己的,但我认为抓住了主要表述的关键要素:

  • 弱人择原理(WAP):观测到的科学价值必须能够允许宇宙中至少存在一个具有允许人类存在的物理性质的区域,而我们也存在于该区域内。
  • 强人类择性原理(WAP):宇宙必须具有允许生命在某个时刻存在的属性。

强人类择性原理是极具争议的。在某些方面,由于我们确实存在,这只不过是一个真理。然而,物理学家约翰·巴罗(John Barrow)和弗兰克·蒂普勒(Frank Tipler)在1986年出版的颇具争议的著作《宇宙学人择原理》(The Cosmologic Anthropic Principle)中声称,“必须”不仅是基于对我们宇宙的观察的事实,而且是任何宇宙存在的基本要求。他们将这一有争议的论点主要建立在量子物理学和物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)提出的参与式人择原理(PAP)的基础上。

一个有争议的插曲——最终的人择原理

如果你认为没有比这更具争议性的了,巴罗和蒂普勒比卡特(甚至是惠勒)走得更远,提出了一个在科学界作为宇宙基本条件的可信度很低的主张:

Final Anthropic Principle (FAP): Intelligent information-processing must come into existence in the Universe, and, once it comes into existence, it will never die out.

相信最终的人类原则具有任何科学意义,实际上是没有科学依据的。大多数人认为,这只是一个穿着模糊的科学服装的神学主张。尽管如此,作为一个“智能信息处理”物种,我想让我们在这件事上祈祷也许不会有什么坏处。。。至少在我们开发出智能机器之前,我想即使是FAP也会允许机器人的末日。

证明人择原理的正当性

如上所述,从某种意义上说,人择原理的弱版本和强版本确实是关于我们在宇宙中的位置的真理。既然我们知道我们存在,我们就可以根据这些知识对宇宙(或至少是我们的宇宙区域)做出某些特定的主张。我认为下面的引语很好地总结了这一立场的理由:

"Obviously, when the beings on a planet that supports life examine the world around them, they are bound to find that their environment satisfies the conditions they require to exist. It is possible to turn that last statement into a scientific principle: Our very existence imposes rules determining from where and at what time it is possible for us to observe the universe. That is, the fact of our being restricts the characteristics of the kind of environment in which we find ourselves. That principle is called the weak anthropic principle.... A better term than "anthropic principle" would have been "selection principle," because the principle refers to how our own knowledge of our existence imposes rules that select, out of all the possible environment, only those environments with the characteristics that allow life." -- Stephen Hawking & Leonard Mlodinow, The Grand Design

人择原理的作用

宇宙学中人择原理的关键作用是帮助解释为什么我们的宇宙具有它所具有的性质。过去,宇宙学家真的相信他们会发现一些基本属性,这些属性设定了我们在宇宙中观察到的独特值。。。但这并没有发生。相反,事实证明,宇宙中存在着各种各样的价值观,似乎需要一个非常狭窄、特定的范围,才能让我们的宇宙按照它的方式运行。这已被称为微调问题,因为这是一个解释这些值如何为人类生活微调的问题。

卡特的人择原理允许在理论上存在广泛的可能宇宙,每个宇宙都包含不同的物理性质,而我们的宇宙属于(相对而言)允许人类生存的一小部分。这就是物理学家认为可能存在多个宇宙的根本原因。(参见我们的文章:“为什么存在多个宇宙?”)

这种推理不仅在宇宙学家中非常流行,而且在弦理论的物理学家中也非常流行。物理学家们发现弦论有太多可能的变体(可能多达10500个,这真的让人难以置信……甚至连弦论学家的头脑都感到困惑!),以至于一些人,特别是伦纳德·苏斯金,已经开始接受这样的观点,即弦论的前景广阔,这导致了多重宇宙,人类推理应该应用于评估与我们在这一领域的地位相关的科学理论。

斯蒂芬·温伯格(Stephen Weinberg)用它来预测宇宙常数的期望值,得到的结果预测了一个小而正的值,这与当时的期望值不符,这是人类推理的最好例子之一。近十年后,当物理学家发现宇宙正在加速膨胀时,温伯格意识到他早期的人择推理是正确的:

"... Shortly after the discovery of our accelerating universe, physicist Stephen Weinberg proposed, based on an argument he had developed more than a decade earlier–before the discovery of dark energy–that ... perhaps the value of the cosmological constant that we measure today were somehow "anthropically" selected. That is, if somehow there were many universes, and in each universe the value of the energy of empty space took a randomly chosen value based on some probability distribution among all possible energies, then only in those universes in which the value is not that different from what we measure would life as we know it be able to evolve.... Put another way, it is not too surprising to find that we live in a universe in which we can live!" -- Lawrence M. Krauss,

对人择原理的批评

人择原理确实不乏批评者。在两篇非常流行的弦论评论中,李·斯莫林的《物理学的麻烦》和彼得·沃伊特的《非诚勿扰》,人择原理被认为是争论的重点之一。

批评家们确实提出了一个正确的观点,认为人择原理是一种逃避,因为它重新定义了科学通常提出的问题。它不是寻找特定的值以及这些值是什么的原因,而是允许整个范围的值,只要它们与已知的最终结果一致。这种方法有一些根本性的不稳定因素。

  • 发表于 2021-09-12 11:06
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  • 分类:科学

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