Zasady antropiczne

Zasady antropiczne (gr. ἄνθρωπος anthropos „człowiek”) – zbiór stanowisk, inaczej tez lub sądów, z pogranicza fizyki i filozofii, a ściślej kosmologii fizycznej i filozoficznej. Różne sformułowania zasad antropicznych mają różny status naukowy – niektóre z nich to postulaty metodologiczne w kosmologii, a inne to hipotezy w tej dziedzinie. Cechą wspólną tych zasad jest powiązanie obserwowanych własności Wszechświata z faktem istnienia w nim obserwatora. Status naukowy zasad antropicznych jest przedmiotem debaty – wśród fizyków i astronomów nie ma pełnego konsensusu, w jakim stopniu stanowią one wyjaśnienie naukowe, a w jakim propozycję filozoficzną, paranaukową czy pseudonaukową.

Wyróżnia się słabe i silne zasady antropiczne, przy czym definicje tych terminów ewoluowały w czasie.

Znane prawa fizyki, fundamentalne stałe fizyczne (np. stała Plancka, prędkość światła w próżni, stała grawitacji) oraz warunki brzegowe i początkowe Wszechświata wykazują tzw. antropiczne koincydencje (ang. fine tuning). Według niektórych szacunków, np. fizyka Lee Smolina, prawdopodobieństwo przypadkowego ułożenia się parametrów w sposób umożliwiający powstanie gwiazd i życia jest ekstremalnie małe (rzędu 1:10²²⁹). Parametry te przyjmują wartości z wąskich przedziałów umożliwiających ewolucję złożonych struktur chemicznych i biologicznych, w tym inteligentnych obserwatorów, np. człowieka na Ziemi. Niewielkie odchylenia wartości stałych fizycznych uniemożliwiłyby istnienie stabilnych atomów, gwiazd oraz życia w znanej nam formie. Jedna z interpretacji zasady antropicznej wskazuje, że obserwowane prawa fizyki są koniecznym warunkiem naszego istnienia, co oznacza, że w odmiennych wszechświatach nie byłoby nikogo, kto mógłby dokonać obserwacji.

Historia powstania

Termin „zasada antropiczna” został po raz pierwszy zaproponowany w 1973 roku przez Brandona Cartera podczas sympozjum Międzynarodowej Unii Astronomicznej w Krakowie, zorganizowanego z okazji pięćsetnej rocznicy urodzin Mikołaja Kopernika. Carter zaproponował to pojęcie jako reakcję na skrajne interpretacje zasady kopernikańskiej. Zauważył, że choć ludzkość nie zajmuje centralnego miejsca w sensie geometrycznym, to nasza lokalizacja w czasoprzestrzeni jest w pewnym sensie uprzywilejowana – musi bowiem spełniać warunki konieczne dla naszego zaistnienia jako biologicznych obserwatorów.

W późniejszych pracach (m.in. z 1983 roku) Carter doprecyzował, że zasada ta miała pierwotnie być przeznaczona tylko do ostrzeżenia astrofizyków i kosmologów przed możliwymi błędami w interpretacji astronomicznych i kosmologicznych danych. Wskazywał, że należy uwzględniać ograniczenia wynikające z faktu, że obserwator może istnieć tylko w sprzyjającym środowisku. Również w 1983 roku włączył ostrzeżenie dla biologów ewolucyjnych, że interpretując świadectwo ewolucyjne trzeba wziąć pod uwagę astrofizyczne ograniczenia procesu ewolucji.

Termin został następnie spopularyzowany, a jego znaczenie zmodyfikowane, przez kontrowersyjną monografię Antropiczna zasada kosmologiczna autorstwa Johna D. Barrowa i Franka J. Tiplera (Oxford University Press). Autorzy ci nadali zasadzie szerszy wymiar, wykraczający poza pierwotne założenia metodologiczne Cartera, wprowadzając elementy teleologiczne.

Warianty

Pierwotne dwa

Brandon Carter rozróżniał słabą i silną wersję tej zasady:

• słaba zasada antropiczna – nasza lokalizacja w czasie i przestrzeni we Wszechświecie jest koniecznie uprzywilejowana w tym sensie, że musi być zgodna z warunkami niezbędnymi dla naszego istnienia jako obserwatorów.
• silna zasada antropiczna – Wszechświat (i fundamentalne parametry fizyki) musi być taki, aby dopuścić powstanie w nim obserwatorów na pewnym etapie jego ewolucji.

Dalszych kilka

Wersje zasady antropicznej według Barrowa i Tiplera (1986):

• słaba zasada antropiczna – obserwowane wartości wielkości fizycznych i kosmologicznych nie są jednakowo prawdopodobne, lecz ograniczoneprzez wymóg istnienia miejsc, w których może ewoluować życie oparte na chemii węgla, oraz przez warunek, że Wszechświat musi być wystarczająco stary, by procesy te zaszły.
• silna zasada antropiczna – Wszechświat musi mieć te własności, które pozwalają życiu na rozwój w pewnym momencie jego historii.

Barrow i Tipler przesunęli znaczenie terminu słabej zasady antropicznej względem definicji Cartera, ale termin silnej zasady antropicznej zdefiniowali w podobnym brzmieniu, co wcześniej Carter.

Paul C. Davies i Julian Barbour używają terminologii zbliżonej do Barrowa i Tiplera, często traktując zasadę antropiczną jako argument wskazujący na głębszą strukturę praw natury.

Stephen Hawking używa terminu zasada antropiczna w różnych znaczeniach:

• bez przymiotników ma podobne znaczenie jak u Barrowa i Tiplera;
• słaba zasada antropiczna ma u niego podobne znaczenie jak u Cartera;
• silną zasadą antropiczną nazywa postulat Wieloświata – jeszcze inaczej niż Carter, Barrow i Tipler. Takie użycie tego sformułowania spotkało się z krytyką .

Oprócz tego w literaturze funkcjonują inne warianty :

• partycypacyjna zasada antropiczna – wiązana z Johnem Archibaldem Wheelerem, sugerująca w oparciu o interpretację kopenhaską mechaniki kwantowej, że obserwatorzy są niezbędni do nadania Wszechświatowi statusu rzeczywistości fizycznej.
• finalna zasada antropiczna – sformułowana przez Barrowa i Tiplera, głosząca, że inteligentne przetwarzanie informacji musi pojawić się we Wszechświecie i, raz powstawszy, nigdy nie zginie. Ta wersja uznawana jest przez większość naukowców za spekulację niemającą oparcia w empirycznej fizyce.

Przykłady

Gdyby tempo ekspansji Wszechświata we wczesnej fazie różniło się nieznacznie (np. o jedną część na bilion), Wszechświat albo zapadłby się przed powstaniem gwiazd, albo rozszerzał zbyt szybko, by grawitacja mogła uformować galaktyki.

Stephen Hawking wykorzystywał argumentację słabej zasady antropicznej do wyjaśnienia trójwymiarowości przestrzeni (przynajmniej w znanej skali). Wskazywał, że w przestrzeni dwuwymiarowej niemożliwe byłoby istnienie złożonych organizmów, a w przestrzeni o liczbie wymiarów większej niż trzy grawitacja nie pozwalałaby na stabilne orbity planetarne i elektronowe.

Pisano rozprawy przekonujące, że zasada antropiczna potrafi „wyjaśnić” wartości stałych fizycznych (jako idealnie ukształtowane), liczbę wymiarów Wszechświata i stałą kosmologiczną.

Interpretacje

Koncepcja wielu światów – silna zasada antropiczna w wersji Cartera bywa używana jako przesłanka do kosmologicznej koncepcji wielu światów. Zgodnie z nią obserwowany przez człowieka Wszechświat jest jednym z wielu równolegle istniejących – w ramach Wieloświata. W każdym z nich stałe fizyczne są nieco inne – są one czymś w rodzaju losowo wybranych warunków początkowych. Jeżeli silna zasada antropiczna w wersji Cartera jest prawdziwa, to obserwowany przez człowieka Wszechświat jest wyróżniony tylko przez istnienie w nim człowieka, które jednak nie jest wtedy niczym dziwnym.

Teoria strun – wrażenie celowego dopasowania stałych fizycznych wynika z faktu, że ich wartości liczbowych nie można wyprowadzić z żadnej teorii fizycznej, lecz są one rezultatem pomiarów. Gdyby udało się zbudować teorię superunifikacji, wraz z kosmologią kwantową wartości liczbowe stałych fizycznych przestałyby mieć charakter swobodnych parametrów, lecz zostałyby zdeterminowane wewnątrz samej teorii. Niektórzy fizycy upatrują tzw. teorii wszystkiego w teorii strun.

Kosmologiczny dobór naturalny – jedna z koncepcji Wieloświata, której autorem jest amerykański fizyk Lee Smolin. Podstawową różnicą od innych teorii multiversum jest założenie, że stałe fizyczne w każdym wszechświecie nie kształtują się losowo, lecz podlegają selekcji naturalnej, podobnej do tej w ewolucji biologicznej. Koncepcja Smolina opiera się na dwóch założeniach:

1. Teoria względności przewiduje, że zapadanie się czarnej dziury powoduje tzw. osobliwość, która według Smolina jest początkiem nowego wszechświata, generującego nową, własną czasoprzestrzeń.
2. Nowo powstały wszechświat "dziedziczy" stałe fizyczne po wszechświecie macierzystym, lecz nie idealnie, ale z pewnymi modyfikacjami (mutacjami). Nowe wszechświaty, które otrzymają zestaw stałych fizycznych nie sprzyjający powstawaniu czarnych dziur, będą „namnażały się” wolniej, zaś selekcja stopniowo upowszechni te zestawy stałych, dla których powstają liczne czarne dziury.

Wynika z tego, że stałe fizyczne są zmienne. A na ich inne wartości w czarnych dziurach wpływać mogą inne siły.

Zewnętrzna siła sprawcza – zwolennicy tej koncepcji uważają, że najlepszym wyjaśnieniem tzw. "precyzyjnego dostrojenia" obecnego w astrofizyce jest odwołanie się do dawcy praw natury. Miałby on ustalić ich wartości tak, by we Wszechświecie mogło wyewoluować życie. Astrofizyk Fred Hoyle użył określenia "superintelektu", zaś niektórzy uczeni, jak fizyk i noblista Charles Townes czy astrofizyk i teolog Hugh Ross utożsamiają zewnętrzną siłę sprawczą z Bogiem.

Zobacz też

• antropocentryzm
• Bóg luk
• zasada kosmologiczna

Bibliografia

Książki

• Julian Barbour: The End of Time. The next revolution in our understanding of the Universe. Phoenix, 2000. ISBN 978-0-7538-1020-0.
• Paul Charles Davies: Bóg i nowa fizyka. Warszawa: Cyklady, 2006. ISBN 83-60279-14-4.
• Stephen Hawking: Krótka historia czasu. Poznań: Zysk i S-ka, 2000. ISBN 83-7150-308-3.
• Stephen Hawking: Teoria wszystkiego: powstanie i losy Wszechświata. Poznań: Zysk i S-ka, 2003. ISBN 83-7298-429-8.
• Stephen Hawking: Wszechświat w skorupce orzecha. Poznań: Zysk i S-ka, 2004. ISBN 978-83-7785-448-8.
• Michał Heller: Filozofia i wszechświat: wybór pism. Kraków: Universitas, 2006. ISBN 83-242-0542-X.
• Michał Heller: Wszechświat u schyłku stulecia. Kraków: Znak, 1994. ISBN 83-7006-348-9.
• Michał Heller: Początek jest wszędzie. Nowa hipoteza pochodzenia Wszechświata. Warszawa: Prószyński i S-ka, 2002. ISBN 83-7255-127-8.
• Michał Heller, Tadeusz Pabjan: Elementy filozofii przyrody. Kraków: Copernicus Center Press, 2014. ISBN 978-83-7886-065-5.
• Łukasz Lamża: Granice kosmosu – granice kosmologii. Kraków: Copernicus Center Press, 2015. ISBN 978-83-7886-143-0.
• Brandon Carter: Confrontation of Cosmological Theories with Observational Data. Longair M. (red.). Dordrecht: Springer, 1974. ISBN 978-90-277-0457-3.
• Lee Smolin: Life of the Cosmos. Nowy Jork: Oxford University Press, 1997.

Strony internetowe

• Łukasz Lamża: Wielki Projekt – Mądre Książki. 2015-05-04. [dostęp 2017-08-07].
• anthropic principle, [w:] Encyclopædia Britannica [dostęp 2017-08-08]  (ang.).

Linki zewnętrzne

Polskojęzyczne

• KrzysztofK. Turzyński KrzysztofK., Wieloświat i nowe życie zasady antropicznej, „Delta”, sierpień 2014, ISSN 0137-3005 [dostęp 2021-09-14] .
• Roman Juszkiewicz, Zasada antropiczna, miesięcznik „Delta”, sierpień 2014, [dostęp 2017-08-07].
• Jerzy Kowalski-Glikman, Kosmos na życzenie, „Wiedza i Życie”, nr 1/2000, [dostęp 2017-08-07].

Nagrania na YouTube [dostęp 2024-01-11]:

• Karolina Głowacka i Jean-Pierre Lasota-Hirszowicz, Zasada antropiczna – czy we Wszechświecie musiało powstać świadome życie?, kanał „Radio Naukowe” , 31 sierpnia 2023.
• Tomasz Miller, seria „Zasady z człowiekiem”, Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych – Uniwersytet Jagielloński (CKBI UJ), kanał „Copernicus”:
  • Słaba zasada antropiczna, 14 września 2023.
  • Silna zasada antropiczna i precyzyjne dostrojenie, 18 października 2023.
• Zasada antropiczna, kanał Astronarium, 7 stycznia 2024.

Anglojęzyczne

• Publiczna debata pomiędzy naukowcami, arXiv, [dostęp 2017-08-07]
• Nick Bostrom, Strona poświęcona zasadzie antropicznej, [dostęp 2017-08-07]
• Lee Smolin i Leonard Susskind: Dyskusja o zasadzie antropicznej, „Edge”, 2004-08-18, [dostęp 2017-08-07]
• SimonS. Friedrich SimonS., Fine-tuning, [w:] Stanford Encyclopedia of Philosophy, CSLI, Stanford University, 22 sierpnia 2017, ISSN 1095-5054 [dostęp 2017-12-31]  (ang.).