Антропний принцип у Всесвiтi

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

Антропний принцип у Всесвiтi

Людина утримуiться на межi двох безодень тАФ безоднi нескiнченностi й безоднi небуття, неприступних, прихованих вiд людського ока непроникною таiмницею, нiби не в змозi навiть наблизитися до розумiння цих меж тАФ кiнця свiтобудови i його початку, так само, як вона не може осягнути небуття, з якого вона виникла, i нескiнченностi, в якiй розвiiться.

(Блез Паскаль)

У сучаснiй постановцi космологiчний антропний принцип стосуiться головним чином двох бентежних проблем науки: чому Всесвiт такий, а не iнакший та яка роль i мiсiя людини в космосi? Не дивно, що цi питання привертали до себе увагу людей iз сивоi давнини i належать до найактуальнiших упродовж усiii iсторii людства. Кожна епоха вiдзначалася властивим iй трактуванням цих проблем на базi розробленоi на той час свiтоглядноi космологiчноi концепцii.

У геоцентричному свiтi Арiстотеля (384тАФ322 pp. до н. i.) i Птолемея (близько 87тАФ165 pp. н. i.) центром Всесвiту вважалася Земля, навколо якоi обертаються всi свiтила. З цим постулатом людина автоматично потрапляла в центр Всесвiту. Концепцiя центрального положення людини у Всесвiтi свого часу дiстала назву антропоцентризму, а в нашу пору набула широкоi популярностi в дещо змiненiй iдеологii антропного принципу.

М. Коперник (1473тАФ1543) позбавив Землю привiлейованого мiсцеположення, але в уявленнях мислителiв тiii епохи Всесвiт обмежувався Сонячною системою (на той час орбiтою Сатурна), а ставлення до зiр було таке, як i в античнi часи, тАФ уважалося, що Сонячна система оточена сферою нерухомих зiр. За словами Й. Кеплера (1571тАФ1630) Влзоряна сфера складаiться з льоду або кришталюВ». Цю сферу вiн ВлпомiстивВ» на вiдстанi 60 мiльйонiв радiусiв Землi, тобто у 100 разiв ближче, нiж, як вiдомо тепер, розмiщуiться найближча до нас зоря.

У цьому свiтi центром свiтобудови було Сонце (звiдси термiн Влгелiоцентрична система свiтуВ»). Правда, Кеплер висловлював i iншi думки, якi на той час уважалися фантастичними, а саме, що зорi мають однакову природу з нашим Сонцем i що вони, подiбно до Сонця, оточенi планетами. Особливо гаряче вiдстоював цю iдею Джордано Бруно (1548тАФ1600), який уважав також, що Всесвiт нескiнченний. Вiдомо, що в конфлiктi з офiцiйною владною силою, якою на той час була католицька церква, вiн поплатився життям.

Невдовзi пiсля цього Молочний Шлях за допомогою телескопа, винайденого Г. Галiлеiм (1564тАФ1642), був роздiлений на велику кiлькiсть зiр. Завдяки працям В. Гершеля (1738тАФ1822) уперше вдалося скласти уявлення про нашу зоряну систему тАФ Галактику. Деякий час уважалося, що вона iдина i i центром Всесвiту. Проте вже Гершель називав маленькi туманнi плями, видимi в його телескоп, молочними шляхами, запровадивши для нашоi Галактики написання термiна ВлМолочний ШляхВ» з великоi лiтери. Цi здобутi спостережною астрономiiю досягнення нiби стверджували iдею Дж. Бруно про множиннiсть i рiвноправнiсть свiтiв та про еквiвалентнiсть будь-якого мiсця у Всесвiтi.

У XVIII i XIX столiттях бiльшiсть учених дотримувалися тоi думки, що головною рушiйною силою Всесвiту i ньютонiвська сила тяжiння, згiдно з якою процеси в ньому здiйснюються механiчно з точнiстю добре налаштованого годинника. Дещо бентежили незрозумiлi й захопливi досягнення у свiтi живого. Вiдомий богослов В. Палей свого часу писав: ВлТi самi мотиви, що викликали появу ока як механiзму зору, зумовили появу i телескопа для допомоги зоруВ». Ч. Дарвiн (1809тАФ1882) пояснював цi успiхи природним добором i пристосуванням живих органiзмiв до умов Влбезжально нейтрального свiтуВ».

РЖ все ж проблема не здавалася настiльки драматичною, доки вивчення Всесвiту обмежувалося запитанням, який Всесвiт. Але уже А. Ейнштейн (1879тАФ1955) нiби в заповiт поставив перед фiзиками майбутнього проблему стосовно того, чому Всесвiт саме такий, а не iнакший. У зв'язку з цим близько чвертi столiття тому звернули увагу на те, що багато основоположних констант Всесвiту настiльки тонко узгодженi мiж собою тАФ унаслiдок цього Всесвiт еволюцiонуi саме тим шляхом, який ми в дiйсностi спостерiгаiмо: розширення з певною швидкiстю, формування галактик i зiр, синтез важких хiмiчних елементiв у зорях (первинними хiмiчними елементами Всесвiту були водень i гелiй), умови для появи життя й розуму, тАФ що серед спецiалiстiв це викликало i розгубленiсть з одного боку, i.ентузiазм та натхнення тАФ з iншого.

Проблема ця теж маi свою передiсторiю. Ще в 30-х pp. XX ст. багато видатних фiзикiв зацiкавилися питанням про походження числових значень фундаментальних фiзичних констант (гравiтацiйна стала, спектр мас елементарних частинок та iн.). А. Еддiнгтон (1882тАФ1944) уважав, що цi константи можна дiстати без емпiричних даних чисто дедуктивно з iхнiх безрозмiрних комбiнацiй. Деякi з цих комбiнацiй дивним чином збiгалися з двома числами тАФ 10⁴⁰ i 10⁵⁰. Слiдом за Еддiнгтоном П. Дiрак вважав цi збiги не випадковими, а результатом дii якогось ще не вiдкритого закону природи.

Наприклад, вiдношення електричноi й гравiтацiйноi взаiмодiй мiж електроном i протоном приблизно дорiвнюi так званому хабблiвському вiковi Всесвiту Т_н= РЖ/Н = 10¹⁷ с, якщо цей вiк виразити в Влодиницях атомного часуВ» τ = е²/(4πε₀m_ec³) =10²³ с (iнтервал для подолання свiтлом поперечника атомного ядра), тобто

Параметр Хаббла Η визначаiться з пропорцiйного збiльшення швидкостi розбiгання галактик iз вiддаллю г до них:

ν = Hr,

де ε₀ тАФ електрична стала, e тАФ заряд електрона, G тАФ гравiтацiйна стала, т_рi т_е тАФ вiдповiдно маси протона й електрона, с тАФ швидкiсть свiтла.

Кiлькiсть нуклонiв (протонiв i нейтронiв) у Метагалактицi (доступнiй для спостережень частинi Всесвiту) приблизно дорiвнюi 10⁵⁰. Таких безрозмiрних спiввiдношень, що дають вищезгаданi великi числа, можна скомбiнувати близько десятка. Вiдомий американський космолог Р. Дiке вважаi, що такi збiги можна пояснити принципом Маха, згiдно з яким iнерцiя будь-якоi маси (а за деякою iнтерпретацiiю цього принципу i константа G) зумовлена впливом усiii матерii Всесвiту на цю масу. Звичайно, багато спецiалiстiв не вважають цей принцип переконливим. РЖ це зрозумiло. Переконливим вiн може бути лише тодi, коли буде розкрито сутнiсть маси. Вiдомо також, що принцип Маха спонукав Ейнштейна до створення загальноi теорii вiдносностi.

Навiть при розширеннi Всесвiту по iнерцii (ν - const для окремо взятоi галактики), тобто без дii гравiтацiйного притягання мiж галактиками, г повинно зростати з часом, а внаслiдок цього iз (2) випливаi, що Η буде вiдповiдно зменшуватися. Тодi згiдно з (1) зменшуiться з часом i G. Вiковi зменшення G повиннi були б проявитися на змiнi земного радiуса, вiковому сповiльненнi обертання Землi, змiнi вiддалi Землi й планет вiд Сонця, що не могло б залишитися без помiтних наслiдкiв протягом геологiчноi iсторii Землi. Незважаючи на те, що проблему дослiджувало багато вчених, помiтних вiкових змiн G за геологiчними i астрономiчними даними не виявлено.

РЖ все ж аналiз спiввiдношень i абсолютнi значення свiтових констант без сумнiву переконують, що вони мають не випадковi i не незалежнi мiж собою значення. Дiйсно, уже на рiвнi неживоi природи iснують складнi структурнi утворення (ядра атомiв, атоми, молекули, планети, зорi, галактики), для виникнення яких необхiднi надзвичайно тонко узгодженi мiж собою згаданi свiтовi константи. ВлМалий запас мiцностi нашого свiту просто вражаiВ», тАФ проголошуi вiдомий росiйський фiзик Л. Окунь. Навiть при невеликих змiнах указаних параметрiв Всесвiт змiнюi свiй вигляд, причому лише в одному напрямку тАФ у бiк спрощення своii структури без виходу на антропогенез. Ось деякi факти [1, 3].

1.Якщо гравiтацiйна взаiмодiя або середня густина матерii у Всесвiтi були б меншими, або швидкiсть розширення Всесвiту бiльшою, то галактики й зорi не могли б сформуватися гравiтацiйною силою. Менша гравiтацiя не забезпечила б термоядерних реакцiй у зорях, а бiльша рiзко зменшила б час життя зiр.

2.Якщо гравiтацiйна взаiмодiя або середня густина матерii у Всесвiтi були б бiльшими, або швидкiсть розлiтання галактик тАФ меншою, то часу iснування Всесвiту, який розширюiться, не вистачило б для еволюцii життя до його розумного увiнчання. Суттiво зменшилась би також i тривалiсть еволюцii зiр. Вiдзначимо до речi, що у Всесвiтi, який стискуiться, згiдно з так званим парадоксом Ольберса, температура неприйнятно висока для бiологiчних процесiв.

3.Якщо рiзниця мас нейтрона й протона була б меншою, то нейтрони не могли б розпадатися на протони i електрони в реакцii n→p+e + v (v тАФ нейтрино), оскiльки не вистачаi маси на електрон, а вiльнi протони розпадуться на нейтрони й позитрони (античастинки електронiв). У такому свiтi в галактиках можуть сконденсуватися лише бiлi карлики, нейтроннi зорi та чорнi дiрки, тобто тi Влзорянi трупиВ», якими закiнчуiться еволюцiя зiр та активна генерацiя енергii зорями реального Всесвiту. Атоми як Влпланетарнi системиВ», утворенi електричною взаiмодiiю мiж протонами й електронами, не могли б iснувати.

4.Якщо б маса електрона була бiльшою тiльки в 2,5 раза, то проходила б реакцiя об'iднання протонiв з електронами та утворення нейтронiв:

р + е = n + v,

вiдповiдно до якоi вся речовина Всесвiту перетворилася б у нейтрони й нейтрино, а зоряний свiт був би обмежений лише нейтронними зорями й чорними дiрками.

5.ВаВаВаВаВа Якщо сильна (ядерна) взаiмодiя була б усього на 2 % бiльшою, у процесi нуклеосинтезу утворювалися б дипротони. Увесь водень був би вичерпаний уже на стадii первинного космологiчного нуклеосинтезу до формування галактик i зiр. Уся речовина Всесвiту складалася б iз гелiю (фактичний склад Всесвiту: 77 % водню, 21 % гелiю i 2 % важчих хiмiчних елементiв). А без водню не було б зiр головноi послiдовностi з довготривалими реакцiями синтезу гелiю з водню. Саме навколо таких зiр зi стабiльними упродовж мiльярдiв рокiв умовами можлива еволюцiя живоi матерii. Без водню не було б води, не можливi були б й органiчнi сполуки.

6.ВаВаВаВаВа Якщо б сильна взаiмодiя була вдвiчi меншою, або коли б електромагнiтна взаiмодiя або заряд протона були б бiльшими, то уже ядра залiза, а тим бiльше важчих хiмiчних елементiв, були б радiоактивними.

7. За попереднiми даними маса спокою нейтрино становить 5 10"⁵ маси електрона. Але внаслiдок великоi концентрацii у Всесвiтi (близько 10⁹ м"³) iхня сумарна маса може переважати масу зiр, i структура Всесвiту дуже чутлива до маси нейтрино. Якщо ця маса була б на порядок бiльшою, то, можливо, розширення Всесвiту давно б припинилося внаслiдок гравiтацiйноi дii нейтрино.

8. Якщо б слабка взаiмодiя була меншою або бiльшою, то порушилася б рiвновага мiж гравiтацiйним колапсом i тиском нейтрино на зовнiшню оболонку зорi при вибуху надновоi. При бiльшому значеннi слабкоi взаiмодii нейтрино колапсува-ли б, а при меншому тАФ не змогли б викликати вибуху надновоi. Без спалахiв наднових газопилова компонента Всесвiту не одержала б важких хiмiчних елементiв, без яких не було б можливим утворення нових поколiнь зiр iз твердими поверхнями планет i оптимальними на них умовами для життя. Слабку взаiмодiю вiдрегульовано так, що водень у зорях головноi послiдовностi горить з малою та постiйною швидкiстю.

9. Якщо б енергетичний рiвень резонансу ядра вуглецю ¹²С не збiгався з тепловою енергiiю типовоi зорi (червоного гiганта), то утворення вуглецю при малоймовiрному зiткненнi трьох ядер гелiю проходило б значно рiдше. Ефективнiсть синтезу цього всебiчно важливого елемента була б суттiво меншою, а кiлькiсть вуглецю в природi тАФ недостатньою.

10. Якщо б ядро кисню ¹⁶О мало рiвень резонансноi енергii, близький до умов горiння гелiю в червоних гiгантах, то весь вуглець вигорав би в реакцiях:

¹²С + ⁴Не =¹⁶О,

а без вуглецю неможливi були б бiоорганiчнi сполуки. ВлЯкби ви хотiли утворити вуглець i кисень приблизно в однакових кiлькостях у зорях, то повиннi були б задати два рiвнi резонансiв, причому саме там, де цi рiвнi дiйсно мають мiсце. Твереза iнтерпретацiя фактiв даi можливiсть припустити, що у фiзицi, а також у хiмii i бiологii експериментував надiнтелект i що в природi немаi слiпих сил, вартих увагиВ» (Ф. Хойл) [1, с 141].

Вiдносно умов на Землi вiдомий украiнський астроном РЖ. А. Климишин [3] наводить такi збiги сприятливих факторiв:

1. Вода маi найбiльшу густину при температурi +4 В°С, завдяки чому лiд перебуваi над водоймами. В iншому випадку, як при замерзаннi iнших речовин, лiд випадав би на дно, водойми промерзали б до дна, i життя в них було б неможливе.

2. Атмосфера Землi складаiться з таких газiв i в такому спiввiдношеннi, якi найкраще сприяють розвитковi та iснуванню життя. Якщо б концентрацiя кисню була бiльшою, то все, що може горiти, уже давно згорiло б, а при меншому значеннi цiii концентрацii горiння було б зовсiм неможливим.

3. Розмiри Землi: бiльша маса утримала б водень в атмосферi, i вона була б непридатною для життя, а менша маса не утримала б кисню.

При бiльшiй на 1 % вiддалi Землi вiд Сонця ще 2 млрд рокiв тому почалося б некероване зледенiння, а при меншiй на 5 % вiдстанi вже 4 млрд рокiв тому почався б нестримний парниковий ефект зi значним пiдвищенням середньорiчноi температури нашоi планети. Парниковий ефект, створюваний в атмосферi Землi частками одного вiдсотка вуглекислоти й водяноi пари, сприяi пiдвищенню температури на поверхнi Землi на 30В°, тобто пiдтриманню ii на оптимальному рiвнi.

5.ВаВаВаВаВа Тривалiсть доби на Землi i ii колова орбiта i важливою основою для пiдтримки температури поверхнi в оптимальних для життя межах.

6.ВаВаВаВаВа Вiдома роль також озонового шару повiтря, який i захисним щитом живого вiд космiчного ультрафiолетового випромiнювання.

З огляду на цi та iншi аргументи росiйський фiзик, член РАН В. Струминський [4] уважаi, що необхiдними компонентами Всесвiту i матерiя, енергiя i Духовна субстанцiя, яка зумовлюi появу живоi матерii. Кiлькiсть матерii, енергii i Духу зберiгаiться, якщо мiж ними немаi взаiмодii. Проте якiсть матерiального свiту прагне до хаосу i не може створити нiчого складнiшого за себе. Енергiя, у свою чергу, маi природну тенденцiю змiнюватися в напрямi збiльшення ентропii i прагне до тепловоi смертi, а якiсть Духовного свiту може i не прагнути до нуля. ВлДуховний свiт космосу протягом тривалого часу робив усе для розвитку на Землi духовних начал через органiзацiю творчо активноi людськоi спiльноти, яка з огляду на розвиток науки, мистецтва i своii самосвiдомостi може виявитися спроможною злитися з Духовною субстанцiiю Всесвiту i взяти участь у розв'язаннi глобальних проблем Духовного свiту: створеннi умов для уповiльнення зростання ентропii в певних сферах Всесвiту, розв'язаннi проблем, якi забезпечують виживання людства на Землi i в космосiВ» [4].

Проте людство досi виявилося неспроможним розв'язати грандiознi намiри Духу. На певному етапi розвитку людство зневажливо поставилося до природних iнстинктiв (головним з яких i захист особин свого власного виду), якими Дух надiлив живi iстоти на Землi i якi оберiгали людство протягом мiльйонiв рокiв. У гонитвi за владою, чисельнiстю воiнiв i рабiв на значних просторах планети точилися кривавi битви. Основнi сили людства зосереджувалися не на розвитку духовностi, а на розв'язаннi вiйськових конфлiктiв, тобто на розвитку майстерностi в знищеннi собi подiбних. ВлТак були зiрванi намiри Духу щодо розвитку науки i щодо розвитку самосвiдомостi людстваВ» [4]. Незважаючи на це, Духовний Свiт, очевидно, ще не втратив сподiвань на виправлення людства, яке все ж еволюцiонувало в напрямi пригнiчення набутих негативних iнстинктiв.

Таким чином, антропоцентризм або антропний принцип, як ми бачили з iсторii еволюцii цiii проблеми за образним висловом Климишина Влвигнаний через дверi, знову i знову повертаiться через вiкноВ». Запропонованi для пояснення цього феномена матерiалiстичнi гiпотези можна роздiлити на такi двi групи.

1. У Всесвiтi дiють якiсь загальнi закономiрностi, причин яких ми ще не знаiмо i якi зумовлюють iдино можливi значення й спiввiдношення основоположних параметрiв Всесвiту.

2. Всесвiт може iснувати, чергуючись у часi, у найрiзноманiтнiших варiантах, або, навiть, в один i той же час iснуi багато всесвiтiв, але спостерiгати ми можемо iдиний, а саме той, який допускаi iснування розумного спостерiгача. РД гiпотеза про те, що всесвiти, якi з'являються з невдалим поiднанням констант, подiбно до живих дефективних мутантiв, не виживають у боротьбi за iснування з суперниками, якi мають наближенi до iдеалу параметри, i зникають або асимiлюють з останнiми. Щоправда, саме уявлення про iншi Всесвiти, що перебувають за межами нашого, як i роздуми про початок часу i межi' простору, здаються нам фантастичними, i приводять людський розум до гранi реальностi. Але саме ця загадковiсть, яка iнтригуi, i i головною привабливiстю космологii тАФ науки про Всесвiт.

У зв'язку з наведеним Б. Картер пропонуi двi формули антропного принципу (АП).

1.ВаВаВаВаВа Слабкий АП: ВлНаше положення у Всесвiтi i привiлейованим у тому розумiннi, що воно повинно бути сумiсним з нашим iснуванням як спостерiгачiвВ», тобто: оскiльки ми тут, то умови повиннi бути сприятливими для нашого iснування.

2. Сильний АП: ВлВсесвiт, (а отже i фундаментальнi параметри, вiд яких вiн залежить) повинен бути таким, щоб у ньому на деякому етапi еволюцii допускалось iснування спостерiгачiвВ» [2, с 372], тобто: Всесвiт був сконструйований (призначений) для нашого iснування. Ця формула вiдома також, як телеологiчний аргумент, згiдно з яким еволюцiя i здiйсненням наперед визначеноi мети.

Серед iнших формулювань сильного АП заслуговуi на увагу так званий остаточний або вирiшальний АП: у Всесвiтi повинна появитися iнтелектуальна обробка iнформацii, а коли вона появляiться, то вже нiколи не зникаi. Таким чином, при практично нескiнченно протяжнiй у часi й просторi еволюцii людськоi цивiлiзацii питання безсмертя особистостi й воскресiння мертвих стаi лише питанням часу. Як вiдзначаiться в сучасних джерелах, проблема ця нереальна сьогоднi, але цiлком iмовiрна навiть з врахуванням наших нинiшнiх фiзичних знань. Очевидно, найцiкавiшим пiдходом i створення системи в тому самому квантовому станi, якою вона була ранiше в певний момент часу. Це стане можливим протягом часу, навiть короткого в космiчному масштабi, iз розвитком нанотехнологiй. Адже кожна людина тАФ це врештi-решт деяка скiнченна система частинок.

Цiкаву концепцiю цiii проблеми пропонуi А. Д. Сахаров. Ось фiнал його Нобелiвськоi лекцii: ВлЯ захищаю також космологiчну гiпотезу, згiдно з якою розвиток Всесвiту повторюiться в головних рисах нескiнченне число разiв на попереднiх i наступних до нашого сторiнках. Але все це не повинно применшити нашого священного прагнення саме в цьому свiтi, де ми, як спалах у пiтьмi, виникли на одну мить з чорного небуття несвiдомого iснування матерii, здiйснити вимоги Розуму i створити життя, гiдне нас самих i неясно угадуваноi нами метиВ».

Людина повинна гiдно й вiдповiдально здiйснювати себе перед лицем земноi природи й Всесвiту, уособлюваного можливими формами позаземного Розуму. Нехай наша цивiлiзацiя уподiбниться до кожноi людини, яка завжди живе з почуттям, нiби за нею постiйно спостерiгають, а тому уникаi вчинкiв, яких треба соромитись. Мабуть, ми не станемо справжнiм людством, глобальною персональнiстю, доки не стане для всiii Землi нормою сором жити не по-людському.

Лiтература

1. Девис П. Случайная Вселенная. тАФ Μ.: Мир, 1985.

2. Картер Б. Совпадение больших чисел и антропологический принцип в космологии // Космология. Теория и наблюдения. тАФ М., 1978.тАФС. 369тАФ370.

3. Климишин И.А. Релятивистская астрономия. тАФ М.: Наука, 1989.

4. Струминський В.В. Як i для чого виникло життя на Землi // Вiсник НАН Украiни.тАФ 1997.тАФ№ 1-2.тАФС. 80тАФ87.

Вместе с этим смотрят:

Aerospace industry in the Russian province

РЖсторiя ракетобудування Украiни

Авиационно-космические отрасли в российской провинции

Астероiдна небезпека: мiфи та реальнiсть

Астрологiя - лженаука