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人择原理

2013-07-31 14:49:22 本文行家:宇宙与道

人择原理(Anthropicprinciple)是一种认为物质宇宙必须与观测它的智能生命相匹配的理论。人择原理指出:如果万物与自然定律存在,那时万物与自然定将会被人类发现。如果万物与自然定律不是那个型态出现的话,人类就不会知道这些定律是怎样出现的。如果只有在像我们的很少的一些宇宙中,智慧及生命才得以发展并能质疑:"为何宇宙是我们看到的这种样子?"回答很简单:"如果它不是这个样子,我们就不会在

人择原理 - 原理介绍

人择原理人择原理
人择宇宙学原理(简称人择原理)由鲍罗泰伯拉提出。人择原理其中又分为弱的人择原理和强的人择原理。弱人择原理认为人们生存在众多个宇宙演化模型中一个,假如我们不是身处现在这模型,即宇宙会以不同方式演化,我们也不会在这里。强人择原理就更肯定宇宙一定会生出有智慧生物,不允许宇宙以其他不能够令我们生存之选择出现。当我们出现后,文化将会以一种有智慧的形式存在下去并传遍宇宙,并终会达到极点和其他宇宙进行交流。多数物理学家都不大喜欢强人择原理。[1]

这个原理采取的观点同完美宇宙学原理正好相反,宣称人类是在一个特定时期观察着宇宙的,尽管目前的宇宙从空间任何点看去显得一样。假设这个特定时期是因为需要产生那些有利于生命演化的特殊条件,比方说,假如宇宙比现在炽热得多或稠密得多,星系就不能形成;假如引力的强度和我们的观测值大不相同,行星系统就不能形成,或不适合于我们所知的生命形式存在。现已查明,地球的年龄和天文学家发现的最老恒星或星系的年龄相仿(顶多差4倍),这毕竟是一个惊人的符合。人择宇宙学原理用“许可”来解释这种相似性。宇宙本来可以比它实际的情形不规则和无序得多。人择宇宙学原理断言,若是那样的话,各种条件就不能容许生命存在了。因此,作为观察者,我们是生活在一个非常特殊的宇宙中,并且这个宇宙必须是均匀各向同性的。“人择”是一个非常基本的论据,因为它试图对哥白尼宇宙学原理作出解释,而后者几乎是所有有生命力的宇宙论的核心。

人择原理 - 理论由来

首次发表这个理论的是天文物理学家布兰登•卡特,在1973年的记念哥白尼诞辰500周年的"宇宙理论观测数据"会议上。他的论文中明确阐述的人择原理,完全站在了所谓的哥白尼原理(并不是由哥白尼提出的)的反面——哥白尼原理否认了人类在宇宙中的特殊地位。(就如同哥白尼所主张的,地球并不是宇宙的中心,如今我们知道太阳是一颗位于典型银河系的典型恒星。)卡特的论文,“大数重合与宇宙论中的人择原理”包含了下列陈述:“虽然我们所处的位置不一定是中心,但不可避免的,在某种程度上处于特殊的地位。” (IAUS 63 (1974) 291)。 

人择原理 - 多种版本

人择原理的支持者提出,我们之所以活在一个看似调控得如此准确,以至能孕育我们所知的生命的宇宙之中,是因为如果宇宙不是调控得如此准确,人类便不会存在,更遑论观察宇宙。若任何一个基本物理常数是跟现在的有足够的差异,那么我们所知的生命便不能存在,更不会有智慧生物去思考宇宙。有论文指出,(弱)人择原理能解释精细结构常数、宇宙的维数、和宇宙常数等物理常数。我们需要分辨人择原理的弱、强、最终和其他版本,因为字眼上的些微变化便会令含意产生巨大的不同。

1973年英国天体物理学家布兰登·卡特(Brandon Carter)在哥白尼诞辰500周年时提出了人择原理并将其分为两种:弱人择原理和强人择原理。弱人择原理认为:作为观察者的我们之所以存在于这个时空位置,是因为这个位置提供了我们存在的可能。强人择原理则认为:我们的宇宙(同时也包括那些基本的物理常数)必须允许观察这在某一阶段出现。

卡特提出人择原理后,很多人对其作了解读和发展,其中最引人注目的是宇宙学家约翰·巴罗(John D. Barrow)和物理学家弗兰克·提普勒(Frank J. Tipler)。同时,理论物理学家斯蒂芬·威廉·霍金也在《时间简史》一书中提到了人择原理,他把它称作“人存原理”。人择原理被分为三种,弱人择原理、强人择原理和终极人择原理。人们通常使用巴罗等人提出的叙述: 

弱人择原理(Weak anthropic principle (WAP)):物理学和宇宙学的所有量的观测值,不是同等可能的;它们偏爱那些应该存在使碳基生命得以进化的地域以及宇宙应该足够年老以便做到这点等等条件所限定的数值。(约翰·巴罗(John D. Barrow) 和弗兰克·提普勒(Frank J. Tipler),1986)

强人择原理(Strong anthropic principle (SAP)):宇宙必须具备允许生命在其某个历史阶段得以在其中发展的那些性质。 

最终人择原理(Final anthropic principle (FAP)):包含智慧信息处理过程一定会在宇宙中出现,而且,它一旦出现就不会灭亡。 

在卡特最初的定义中,弱人择原理仅仅涉及到确定的“宇宙学”参数,即我们在宇宙中空间和时间上的位置,而没有牵涉到后来属于强人择原理的基本物理常数的值。他同样也只是提到“观测者”而不是“碳基生命”。不过这些模棱两可的话却是导致无休止的对于各种版本人择原理误解的原因。智慧设计的支持者声称得到了强人择原理的理论支持。
一方面,多宇宙理论或称为多选择宇宙理论的存在是基于另一些理由,而弱人择原理提供了一个貌似正确的理由,来解释我们宇宙的良好秩序。假定存在可以支援智慧生命的宇宙,那么实际上这种宇宙必定存在,而我们的宇宙无疑也是其中之一。然而,多选择的智慧设计并不仅限于多选择宇宙理论的假定。不过有些进化论的支持者同样声称得到了人择原理的理论支持,例如Ikeda及Jefferys就认为人择原理是表面上支持实际上否定了智慧设计。

人择原理 - 哲学原理

巴罗和蒂普勒详细地阐述了看起来无法相信的巧合,这些巧合使我们的宇宙具有特色,并使我们人类进化。他们认为只有人择原理能搞清楚这大量的巧合的意义。无论是原子的能量级还是弱核力的精确力量都好像是为了适应我们的生存。宇宙中碳基生物的存在可能与一些引数参数值有关,假设这些参数值变化很少,那碳基生物就可能不存在了。尽管巴罗和蒂普勒的作品属于理论物理学,它仍然讨论了化学和地质学的多种相关话题。

在1983年,布兰登修正了他1974年的论文,认为人择原理在最初的形式上只是要引起天体物理学家和宇宙学家的警惕,那就是如果他们没有考虑观察者的生物本性所导致的呈上升趋势的限制,天文学和宇宙学的资料翻译工作将会出现错误。反过来,卡特还警告发展生物学家,当他们翻译报告的时候也要考虑天文学和宇宙学的因素。由此,卡特总结,介于对于宇宙年龄的最好估计(当时是150亿年,现在是137亿年),发展链可能只允许一个或两个的低可能链。A.Feoli和S.Rampone("强人择原理是否太弱" 1999)介于宇宙的大小和可能的星球数量,认为有更多的低可能链。有更多的低可能链的数量和生命的出现以及随后的进化需要智慧设计不太相符。

观察宇宙论和量子引力理论的最新著作使得人们对于人择原理重新感兴趣。量子引力试图把其他的力量统一到引力上。然而,一旦有了有前途的理论,这些理论却又会出现问题,那就是基本物理常数是不受限制的。这种观察的诱导更多地来自于对于数量的精确估计,比如说是宇宙密度。最近对于宇宙的密度估计是0.3,同时宇宙论里从这个估测中预测了一个和这个0.3几乎差不多的结论。

对于人择理论有了些不一样的选择,大多数存在一些乐观的理论认为万物学说最终会被发现,这个学说联合了宇宙中所有的力量,通过获取所有颗粒的特性而获得。万物学说包括了M-理论和量子引力的多种理论,虽然所有的这些理论都被认为是演绎性的。另一种就是李•斯莫林的宇宙论的自然选择模型,这也被认为是多重宇宙,这个理论认为如果这些宇宙和我们的宇宙有相同的性质的时候,那么这些宇宙就会更丰富。这也能在加德纳和他的"利己主义生物宇宙学假说"中见到。

人择原理 - 相关推论

在2002年,尼克•博斯特罗提出:“有没有可能把观察选择效应总结成简单的表述?”他认为这是可能的。但是,许多人择原理是非常令人疑惑的。特别是一些从卡特的重要论文中得到灵感的,虽然是不错的,但是他们太缺乏说服力,不能作为真正的科学作品。尤其是我认为现存的一些方法不允许任何由同时代的宇宙学理论中得到的观测结果,尽管这些理论根据经验显然能被而且已经被天文学家检验著,一种更充分的关于观察选择效应该如何加以考虑的政策才能够打破这种方法上的鸿沟。

他的自我选样假定是“你必须把自己想像成一个适合的参考组中的随机观察员”,在我们不知道自己在宇宙中所处的位置,甚至不知道我们是谁的前提下,他引伸了人择原理偏见和人择原理推论。这也许还能够成为克服多种认知偏见的方法,这种认知偏见限制了人类天生的观察以及运用数学了解宇宙模型的能力,这在数学认知科学中也有提到。[2]

人择原理 - 弦理论与人择原理

弦理论预示著有很多可能的宇宙,被称为背景或是真空。真空也常被称作"弦景观"(string landscape),李奥纳特·苏士侃认为有了很多的真空的存在时的人择原理的推论变得非常有力。另一些人,特别是大卫·格罗斯、Lubos Motl、Peter Woit, 认为这是没有预言性的。在关于弦景观的论文中,史蒂分·温伯格(Steven Weinberg)提出人择原理是现代科学的“转折点”。

人择原理 - 批评

有些人批评一些形式的人择原理,他们争论人择原理中估计生命的化学本质是碳的化合物和液体水是一种诉诸无知。(有时候被称为碳沙文主义或生物化学),允许碳基生物进化的物理常数的界限也预想的要少了很多限制。(Stenger 2000).弱人择原理的支持者和反对者都批评他是一种赘述。它陈述的不是些容易理解的东西而是些琐碎的真理。

人择原理的讨论暗暗假设了,若我们有能力思考宇宙学,那么一些基本的物理常数只能落在特定的区间。批评者认为这简直赘述了一个事实,那就是“如果事情本来就是不同的,那它就是不同的”。如果这种批评是成立的,那么弱人择原理就理所当然变得没有意义了。因为这就意味着宇宙为了使我们能存在来思考它,它就必须要使自己变得让我们生存。Peter Schaefer否认了这种观点,他认为虽然弱人择原理是讲的大家都知道的道理,但却不能推翻它,因为人们不能因为这个理论本来就是对的就驳斥这个理论。还有,很显然,人择原理中强调的因果关系的方向是错误的。

人类进化是为了适应当前的宇宙、宇宙常数和所有的一切,而不是宇宙适应人类,那就是说是因为我们适应了宇宙,宇宙却不是专门为了适应我们的。强人择原理的批评者认为它既不是可试验的也不是可证伪的。FAP在最终人择原理中被详尽的讨论了。巴罗和蒂普勒(1986)认为虽然最终人择原理是一个站得住脚的物理学观点,它也还是“和道德价值非常接近”。霍金认为我们所处的宇宙并不如人择原理的拥护者所说得这般“特别”。他认为有98%的可能,一个宇宙大爆炸会产生同我们一样的宇宙。然而,诸如霍金所使用的这些方程式是否能得出这样的结论,什么样的宇宙可被称为是“和我们一样”,这些问题在科学上都是重要的。

霍金的波函数陈述了宇宙在与比它先出现的事物没有联系的情况下是如何形成的,也就是说,它是怎样从零产生的。然而,从2004年起,这个理论就在不断地被争论,而且,正如霍金在1988年所写的,“是什么打破了这种平衡从而创造了一个宇宙去解释它们?……为什么宇宙要不遗余力地去打扰现有的东西?”“从无到有”是形而上学的一个根本问题。

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