Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

29.7: Антропний принцип

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    78588

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    До кінця цього розділу ви зможете:

    • Назвіть деякі властивості Всесвіту, які, якщо б відрізнялися, перешкоджали б розвитку людини

    Незважаючи на нашу невизначеність, ми повинні визнати, що картина, яку ми склали про еволюцію нашого Всесвіту, є чудовою. З новими телескопами ми почали збирати достатньо спостережних доказів, які ми можемо описати, як Всесвіт еволюціонував лише за частку секунди після початку розширення. Хоча це вражаюче досягнення, все ж є деякі характеристики Всесвіту, які ми не можемо пояснити. І все ж, виявляється, що якби ці характеристики були різними, ми б не були тут, щоб запитати про них. Давайте розглянемо деякі з цих «щасливих випадковостей», починаючи зі спостережень за космічним мікрохвильовим фоном (CMB).

    Щасливі аварії

    Як ми описали в цьому розділі, CMB - це випромінювання, яке випромінювалося, коли Всесвіту було кілька сотень тисяч років. Спостереження показують, що температура випромінювання змінюється від одного регіону до іншого, як правило, приблизно на 10 мільйонних частках градуса, і ці перепади температур сигналізують про невеликі відмінності в щільності. Але припустимо, що крихітні, ранні коливання щільності були набагато меншими. Тоді розрахунки показують, що тяга гравітації біля них була б настільки мала, що жодна галактика ніколи не утворилася б.

    Що робити, якщо коливання щільності були набагато більшими? Тоді можливо, що дуже щільні області ущільнилися б, і вони просто зруйнувалися б безпосередньо до чорних дір, ніколи не утворюючи галактик і зірок. Навіть якби галактики змогли сформуватися в такому Всесвіті, простір був би наповнений інтенсивними рентгенівськими променями та гамма-променями, і життєвим формам було б важко розвиватися і виживати. Щільність зірок всередині галактик була б настільки високою, що взаємодії та зіткнення між ними були б частими. У такому Всесвіті будь-які планетарні системи рідко можуть вижити досить довго, щоб життя розвивалося.

    Отже, щоб ми були тут, коливання щільності повинні бути «правильними» - не надто великими і не надто малими.

    Ще одна щаслива випадковість полягає в тому, що Всесвіт тонко збалансований між розширенням і скороченням. Вона розширюється, але дуже повільно. Якби розширення було набагато більшою швидкістю, вся матерія розріджувалася б до того, як могли утворитися галактики. Якби все розширювалося набагато повільнішими темпами, то гравітація б «перемогла». Розширення змінилося б, і вся справа повернулася б, ймовірно, в чорну діру - знову ж таки, ні зірок, ні планет, ні життя.

    Розвиток життя на Землі залежить від ще більш щасливих збігів. Якби речовина і антиречовина були присутні спочатку в точно рівних пропорціях, то вся матерія була б знищена і перетворена в чисту енергію. Ми зобов'язані своїм існуванням тому, що матерії було трохи більше, ніж антиречовини. (Після того, як більша частина речовини контактувала з рівною кількістю антиречовини, перетворюючись на енергію, мала бути присутня невелика кількість додаткової речовини. Ми всі нащадки тієї частини «неврівноваженої» матерії.)

    Якби реакції ядерного синтезу відбувалися з дещо швидшою швидкістю, ніж вони насправді, то в момент початкового вогненної кулі вся речовина перетворилася б з водню в гелій у вуглець і до кінця в залізо (найстабільніше ядро). Це означало б, що жодна зірка не утворилася б, оскільки існування зірок залежить від наявності світлових елементів, які можуть піддаватися злиття на етапі основної послідовності і змусити зірки сяяти. Крім того, будова атомних ядер повинна була бути в самий раз правильною, щоб три атоми гелію легко зійшлися разом, щоб сплавити вуглець, який є основою життя. Якби процес потрійного альфа, який ми обговорювали в розділі про Зірки від підліткового віку до старості, був би занадто малоймовірним, недостатньо вуглецю сформувалося б, щоб привести до біології, як ми його знаємо. У той же час він повинен був бути досить жорстким, щоб сплавити вуглець в кисень, щоб велика кількість вуглецю виживала протягом мільярдів років.

    Є додаткові фактори, які сприяли тому, щоб життя, як ми, стало можливим. Нейтрино повинні взаємодіяти з матерією з правильною, хоча і нечастою швидкістю. Вибухи наднових відбуваються, коли нейтрино рятуються від ядер руйнуються зірок, відкладають частину своєї енергії в навколишній зоряній оболонці і змушують її видувати і віддалятися в космос. Важкі елементи, які викидаються при таких вибухах, є важливими складовими життя тут, на Землі. Якби нейтрино взагалі не взаємодіяли з речовиною, вони б втекли від ядер руйнуються зірок, не викликаючи вибуху. Якби нейтрино сильно взаємодіяли з речовиною, вони залишаться в пастці зоряного ядра. У будь-якому випадку важкі елементи залишаться замкненими всередині зірки, що руйнується.

    Якби гравітація була набагато сильнішою силою, ніж вона є, зірки могли б утворюватися з набагато меншими масами, і їх тривалість життя вимірювалася б роками, а не мільярдами років. Хімічні процеси, з іншого боку, не прискорилися б, якби гравітація була сильнішою силою, і тому не було б часу для життя, щоб розвиватися, поки зірки були настільки короткочасними. Навіть якби життя розвивалося у всесвіті сильнішої гравітації, форми життя повинні були б бути крихітними, або вони не могли встати або рухатися.

    Що повинно було бути, повинно бути

    Підводячи підсумок, ми бачимо, що конкретний набір правил і умов у Всесвіті дозволив складність і життя на Землі розвиватися. Поки що у нас немає теорії, щоб пояснити, чому відбувся цей «правильний» набір умов. З цієї причини багато вчених починають приймати ідею, яку ми називаємо антропним принципом, а саме, що фізичні закони, які ми дотримуємось, повинні бути такими, якими вони є саме тому, що це єдині закони, які дозволяють існування людини.

    Деякі вчені припускають, що наш Всесвіт є лише одним із незліченних всесвітів, кожен з яких має різний набір фізичних законів - ідею, яку іноді називають мультивсесвітом. Деякі з цих всесвітів можуть бути мертвонародженими, руйнуючись перед будь-якими формами структури. Інші можуть розширюватися настільки швидко, що вони залишаються по суті безликими без зірок і галактик. Іншими словами, може бути набагато більший мультивсесвіт, який містить наш власний Всесвіт і багато інших. Цей мультивсесвіт (існуючий, можливо, у більшій мірі, про який ми можемо усвідомити) є нескінченним і вічним; він породжує багато, багато роздуваються регіонів, кожен з яких еволюціонує в окремий Всесвіт, який може бути абсолютно несхожим на будь-який з інших окремих всесвітів. Тоді наш Всесвіт є таким, яким він є, тому що це єдиний спосіб, яким він міг би бути і мати людей, як ми, щоб виявити його властивості та задати такі питання.

    Мультивсесвіт

    Перегляньте вступну промову 2011 року про мультивсесвіт та космічну інфляцію доктора Ентоні Агірре з Каліфорнійського університету, частина серії лекцій з астрономії Силіконової долини.

    Множинні всесвіти та космічна інфляція: прагнення зрозуміти наш Всесвіт (і знайти інших)

    Важко знати, як перевірити ці ідеї, оскільки ми ніколи не можемо встановити контакт з будь-яким іншим Всесвітом. Для більшості вчених наша дискусія в цьому розділі межує з філософським і метафізичним. Можливо, в майбутньому наше розуміння фізики розвиватиметься до того, що ми можемо знати, чому гравітаційна константа настільки сильна, як вона, чому Всесвіт розширюється саме такою швидкістю, якою вона є, і чому сталися всі інші «щасливі випадковості» - чому вони були неминучими і не могли бути іншим шляхом. Тоді ця антропна ідея вже не була б потрібна. Однак ніхто не знає, чи матимемо ми коли-небудь пояснення того, чому цей Всесвіт працює так, як він робить.

    Ми пройшли довгий шлях у нашому плаванні по Всесвіту. Ми дізналися неабияку кількість про те, як і коли з'явився космос, але питання про те, чому Всесвіт є таким, яким він є, залишається невловимим, як ніколи.

    Резюме

    Останнім часом багато космологів відзначають, що існування людини залежить від того, що багато властивостей Всесвіту - розмір коливань щільності в ранньому Всесвіті, сила тяжіння, структура атомів - були в самий раз. Ідея про те, що фізичні закони повинні бути такими, якими вони є, тому що інакше ми не могли б бути тут, щоб їх виміряти, називається антропним принципом. Деякі вчені припускають, що може існувати мультивсесвіт всесвітів, в яких наша лише одна.

    Глосарій

    антропний принцип
    ідея, що фізичні закони повинні бути такими, якими вони є, тому що інакше ми не могли б бути тут, щоб виміряти їх
    мультивсесвіт
    умоглядна ідея про те, що наш Всесвіт є лише одним з багатьох всесвітів, кожен зі своїм набором фізичних законів