Физическое содержание АП - Антропный принцип современной космологии
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.
Похожие статьи
-
Сильный и слабый антропный принцип - Антропный принцип современной космологии
Картер выделил две различные формулировки: слабый АП и сильный АП. Слабый АП он сформулировал таким образом: "наше положение во Вселенной с...
-
Заключение - Антропный принцип современной космологии
Ценность антропного принципа состоит, во-первых, в том реальном содержании, которым с его помощью удалось наполнить наше представление о допустимых...
-
Антропный принцип, выдвинутый Картером, несмотря на его формулировку, не является вариантом принципа наблюдаемости. В контексте научной картины мира...
-
Слабый антропный принцип - Астрономия и современная картина мира
Слабый АП не вызывал особых дискуссий, вокруг него - в отличие, например, от сильного АП - научные страсти не кипели. Это понятно: ключевая для слабого...
-
Вселенная антропный константа вещество При обсуждении антропного принципа (АП) представляется целесообразным с самого начала провести разграничение между...
-
Антропный принцип и мир постнеклассической науки - Астрономия и современная картина мира
Антропный принцип (АП), выступающий как одно из оснований постнеклассической науки [1] вызывает сейчас оживленные дискуссии [2, 3, 4]. АП оказался...
-
Введение - Антропный принцип современной космологии
Антропный принцип затрагивает одну из вечных философских тем - идею единства человека и Вселенной. Но какова природа этого единства? На этот вопрос...
-
Антропный подход и постнеклассическая наука - Астрономия и современная картина мира
Итак, антропный подход к пониманию Вселенной, возникший в недрах ряда философско-мировоззренческих традиций и своеобразно преломившийся в космической...
-
Термодинамический парадокс в космологии: новый взгляд - Астрономия и современная картина мира
Термодинамический парадокс в космологии, сформулированный во второй половине ХIХ века, непрерывно будоражит с тех пор научное сообщество. Дело в том, что...
-
Проблемы, сфокусированные в АП, были поставлены еще на заре человеческой культуры. Истоки этой проблематики мы находим в самых различных философских...
-
Литература - Антропный принцип современной космологии
1. Казютинский В. В., Балашов Ю. В. Антропный принцип. История и современность //Природа - 1989. - №1 2. Картер Б. Совпадение больших чисел и...
-
Качественно новые черты начала приобретать разработка проблемы термодинамики Вселенной на протяжении 80-х годов. Наряду с исследованием Вселенной в...
-
Принцип участия ("соучастника") - Астрономия и современная картина мира
Несмотря на попытки отторжения "экстремистских" интерпретаций сильного АП в духе постнеклассической науки, такие интерпретации интенсивно пробивают себе...
-
Инфляционный этап космологии - Астрономия и современная картина мира
Решение проблемы сингулярности, а также других проблем фридмановской космологии до конца семидесятых годов предпринималось самыми различными...
-
Фридмановский этап становления научной космологии - Астрономия и современная картина мира
Проблема эмпирической обоснованности теории Фридмана оказалась не менее сложной, чем проблема ее внутритеоретического обоснования. Сразу же после...
-
Релятивистская космология: Эйнштейн - Астрономия и современная картина мира
Создавая свою космологическую теорию, Эйнштейн находился, несомненно, под влиянием картины мира Ньютона не только в вопросах детерминизма, что...
-
ЭЛЕМЕНТЫ КОСМОЛОГИИ - Происхождение Космоса и Солнечной системы
Вселенная - это все существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет...
-
Новые подходы - Теории происхождения Вселенной
Итак, самое начало рождения, планковское время 10-43 секунды. Плотность вещества 1094 г/см3. Температура 1032 К. В этом случае более удобно (и понятно)...
-
Новые подходы - Эволюция и происхождение Вселенной
Итак, самое начало рождения, планковское время 10-43 секунды. Плотность вещества 1094 г/см3. Температура 1032 К. В этом случае более удобно (и понятно)...
-
Соотношение сил в Мире, эволюция белковых форм и космологический сценарий - Еще раз о Мироустройстве
Сегодня человечеству известны четыре вида сил: гравитационные, электромагнитные, слабые и сильные, о чем подробнее говорится в другом разделе. Каждое из...
-
Любого из нас поражает величественная картина звездного неба, раскинувшегося от горизонта до горизонта. Душу переполняет чувство трепета перед...
-
Фрактальная Вселенная - Астрономия и современная картина мира
...Что, не поймешь Природу ты? Лик Космоса - чужд и ужасен? Узри фрактальные черты, и ты увидишь - Мир прекрасен! Необъясним Природы ритм? Мрак черных...
-
Сильный АП - Астрономия и современная картина мира
Наибольшие споры вызывает, несомненно, сильный АП, некоторые из его интерпретаций могут рассматриваться как антропные в собственном смысле слова и...
-
Возникновение и развитие объектов нашей Вселенной связано с ее эволюцией как целого. Когда это было осознано, познание Вселенной пошло в двух...
-
Рассмотрим процесс самоорганизации пространства-времени в связи с самоорганизацией Вселенной, ведущей к эволюции физических объектов, на которых можно...
-
Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию...
-
Сегодня космология еще не в состоянии ответить на ряд принципиальных вопросов. Среди них основные: что было до начала наблюдаемого расширения? Будет ли...
-
Заключение - Теория дискообразности галактик И. Канта
Еще задолго до того, как были установлены огромные расстояния до галактик, человечество постоянно задавалось вопросом: "есть ли граница мира и если есть,...
-
Теория элементарных частиц и принцип целесообразности - Астрономия и современная картина мира
1. Наша Вселенная - лучший из миров Панглос: Все события неразрывно связаны в лучшем из возможных миров. Кандид: Если это лучший из возможных миров, то...
-
Теория Большого взрыва "Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем...
-
Особенности подпространств, Гравитон - Геометрия физического пространства
Хотя каждое из подпространств физического пространства, в соответствии с аксиомой 1.2, не является особым, выделенным, но одновременно и не идентичным...
-
Подробности - Геометрия физического пространства
8.1 "Пустое" гиперболическое пространство =A/Btg B=A/tg =2A/(1-Atg 2) A=th(x A /R v) 1-A 2 =1- th 2 x=sch 2 x=1/ch 2 x B= (1- A 2 )/2=1/2ch 2 x= sch 2...
-
Модель Пуанкаре в единичном круге - Геометрия физического пространства
Смещение излучения пробных тел: 5.1 (для круга Пуанкаре) 5.2 -- В линейных размерах физического пространства, где r -- расстояние до наблюдаемого тела....
-
Финалистский АП - Астрономия и современная картина мира
Казалось бы, финалистский АП, выдвинутый Ф. Типлером, стоит особняком среди различных модификаций этого принципа, так как он претендует не на объяснение...
-
Лирика - Геометрия физического пространства
Итак, попытаемся разобраться, что же у нас получилось. Наличие ненаблюдаемых координат приводит к существенному ограничению восприятия окружающего нас...
-
Виды полей (частиц) - Геометрия физического пространства
Уравнения 2.1.3.1...2.1.3.7 в зависимости от их сигнатуры делятся на два больших класса: 4.3.1 Фермионы - с одной временеподобной координатой : 2.1.3.6....
-
3.1 Физическое пространство Вселенной есть овальные гиперповерхности четного порядка 6-мерного проективного пространства над полем комплексных чисел. 3.2...
-
Схема и устройство оптических телескопов - Современная астрофизика
После того как в 1609 году Галилей впервые направил на небо телескоп, возможности астрономических наблюдений возросли в очень сильной степени. Этот год...
-
Современная наука о происхождении Вселенной - Гипотеза происхождения Вселенной
На нынешней стадии развития физической космологии на передний план выдвинулась задача создания тепловой истории Вселенной, в особенности сценария...
-
Введение - Космологическая проблема: Большой взрыв и основные этапы физической истории Вселенной
Что произошло первым цыпленок или яйцо. Другими словами, какая сила создала вселенную. И что создало эту силу. Или возможно, вселенная, или сила, которая...
Физическое содержание АП - Антропный принцип современной космологии