Geum.ru

Ю. В. Александров вселенная и человек

Вид материалаЗакон

Содержание


Антропный принцип
Подобный материал:
1   2   3

Антропный принцип


Все выше рассмотренные идеи еще развиваются. Есть различные варианты или, как говорят, сценарии эволюции квантовой Вселенной. Но из того, что уже достигнуто, и из тех перспектив, которые просматриваются, можно сделать, по крайней мере, два вывода огромного мировоззренческого значения. Первый из них состоит в том, что наиболее общие и глубинные свойства нашего мира – его фундаментальные физические свойства перестают быть просто совокупностью эмпирических фактов. Мы можем ставить вопросы, а главное, искать на них ответы, почему эти свойства именно такие, какими они есть, и как они возникли. Это относится к таким основам бытия нашего мира, как размерность пространства, количество фундаментальных воздействий и значения констант, их определяющих, как спектр масс элементарных частиц, что в свою очередь определяет то, какие более сложные структуры эти частицы могут образовывать. А именно ответы на вопросы “почему” (после того, как более или менее выяснено “что” и “как”) и отличает научное познание мира. В этом основное отличие науки от религии, которая, как основные, выдвигает вопросы “зачем, с какой целью”. А эти вопросы не всегда корректны даже в общественных проблемах и совершенно не применимы по отношению к природе14).

Второй вывод связан с утверждением, которое получило название антропного принципа. Сейчас можно привести целый ряд фактов, которые свидетельствуют о том, что перечисленные выше фундаментальные физические характеристики определяют не только все многообразие физической и астрономической картины мира, но и его свойства в других аспектах, на всех других, более высоких ступенях бытия. Так, например, если бы масса электрона была лишь в три раза больше фактической, то невозможно было бы существование атомов и молекул. Ибо тогда различие в массах нейтрона и протона было бы меньше массы электрона, и энергетически было выгоднее превращение всех протонно-электронных пар в нейтроны, а не распад свободного нейрона15). Существование атомов и молекул, следовательно, и развитие химической, а значит, биологической и социальной форм движения материи, невозможны и в мире с другой, нежели три, размерностью пространства. Ибо только в трехмерном мире решение задачи двух тел (и классической, и квантовой) допускает как периодическое движение в поле притягивающего центра, так и уход на бесконечность при конечном приращении энергии16). В двухмерном мире такое приращение должно быть бесконечно большим (вторая космическая скорость бесконечно велика), а в многомерных мирах устойчивое периодическое движение невозможно (рис. 4). Это означает, что только в трехмерном мире возможно движение по спутниковым орбитам (электрона в атоме или планеты вокруг звезды) и одновременно ионизация атомов и преодоление силы притяжения какого-либо небесного тела. В мирах с другой, чем три, размерностью пространства невозможны гравитационно-связанные системы и их распад. Именно такими системами являются звезды, а их распад (взрывы сверхновых) – это единственно верный способ обогащения Вселенной элементами тяжелее гелия.

Хотя мы еще не можем определенно сказать, больше или меньше фактическая средняя плотность вещества в нашей Вселенной по сравнению с критической, но с большей степенью уверенности можно утверждать, что 0,1ρcρ10ρс, хотя априори она могла бы быть и гораздо меньше и гораздо более критической. В первом случае (ρρс) образование звездных систем – галактик из первичных флуктуаций было бы невозможно, а в другом (ρρc) продолжительность полного цикла эволюции Вселенной (расширение и последующее сжатие) была бы слишком мала, чтобы успели возникнуть и развиться сложные структуры типа биологических и социальных.

Известно также, что гравитационное взаимодействие хотя и дальнодействующее, но чрезвычайно слабое. Гравитационное притяжение электрона и протона приблизительно в 1039 раз слабее, чем их электромагнитное взаимодействие. Однако именно гравитация определяет условия в недрах земли и, тем самым, темп реакций термоядерного синтеза в них. Поэтому время жизни звезд тем меньше, чем больше отношение гравитационного взаимодействия к электромагнитному. Если это отношение было бы всего на несколько порядков больше, то за время жизни звезд и планет около них снова-таки не успевали бы возникнуть высокоорганизованные формы бытия. А если бы это отношение было, наоборот, на несколько порядков меньше, то звезд просто не было бы, – сила тяготения была бы недостаточной для того, чтобы происходило гравитационное сжатие газово-пылевых комплексов, в результате которого образуются звезды.

Обобщая все сказанное (а список таких фактов можно было бы продолжить) приходится прийти в выводу, что для качественной эволюции мира, для возникновения в нем сложных форм движения материи необходимо, чтобы фундаментальные характеристики этого мира были не какими угодно и даже не просто лежали в определенных пределах, а были необходимым образом сбалансированы между собой. Этот вывод огромного общенаучного и философского значения и получил название антропного принципа17). Он означает, что сам факт появления и существования человека предопределен совокупностью основных физических свойств нашего мира, включая и такое глубинное его свойство, как размерность пространства в нем. Известный космолог Л. А. Зельманов выразился в связи с этим следующим образом: “Мы являемся свидетелями именно такого мира и таких процессов в нем, которые мы наблюдаем, потому что в других мирах все процессы происходят без свидетелей”.

Утверждение, составляющее содержание антропного принципа, очень, если так можно выразиться, ответственное. Ибо неизбежно возникает вопрос: а почему наш мир именно такой – с весьма маловероятным сочетанием его свойств, которое позволяло, по крайней мере, на одной планете у одной из звезд возникнуть разумной жизни? И трудно возражать против того, что вполне естественным будет такой ответ: наш мир создан именно с этой специальной целью – появления в нем человека. То есть антропный принцип как бы подталкивает нас к телеологическому взгляду на мир (телеология – учение о целеполагании). Но тогда сразу же возникает вопрос: кем создан? И таким образом эта телеологическая точка зрения на мир приводит к телеологическому взгляду на него, приводит к идее творца, демиурга этого мира, т.е. идее бога. Можно ли в этих условиях сохранить и развить материалистический взгляд на мир, как на такой (снова вспомним слова Гераклита), что “его не создал никто ни из богов, ни из людей”? Положительный ответ на этот вопрос связан с еще одним выводом, вытекающим из рассмотрения процессов на планковской стадии истории мира.

Это вывод о возможной множественности вселенных с различными фундаментальными свойствами – с пространствами разной размерности, с разными наборами элементарных частиц и взаимодействий между ними. Эти вселенные возникают из одной всеохватывающей квантовой Вселенной. Этот вывод и сам по себе после его достаточного обоснования и уточнения будет означать очередное коренное изменение в человеческих представлениях о мире. Изменение, подобное переходу от представлений о плоской Земле к шарообразной, от ограниченной Вселенной античности к бесконечной звездной Вселенной нового времени, от стационарной Вселенной к эволюционирующей. И хотя появление Вселенной со всеми условиями, необходимыми для развития более высоких, нежели физическая, форм движения материи, оказывается событием случайным, но при числе различных вселенных достаточно большом вероятность такого события тоже будет достаточно большой. Таким образом, существование мира, в котором возникла разумная жизнь, – явление целиком естественное и закономерное, но закономерность эта имеет стохастическую природу.

Мысль о том, что человек и его жизнь тесно связаны с природой, причем не только с той, которая непосредственно его окружает, а и со всей природой, с космосом, со всей Вселенной, без преувеличения стара так же, как и само человеческое мышление. Она пронизывает древнеиндийскую философию. Она же, пусть в искаженном, иллюзорном виде лежит в основе любой религии, в основе астрологических верований. И вот впервые в истории эта идея выступает в научно обоснованном виде. В этом фундаментальное философское значение антропного принципа. Этот принцип означает новый, более глубокий уровень познания эволюционных связей между различными ступенями организации и движения материи. В этом состоит его интегрирующее общенаучное значение. Сейчас остро встает вопрос об ответственности человечества и каждого отдельного человека за судьбу окружающей природной среды, за судьбу планеты Земля. Со временем ареал бытия и преобразующей деятельности человека будет все больше расширяться в космос. Вместе с этим должно возрастать и чувство ответственности человека за мир, в котором он живет и действует. Антропный принцип поднимает уровень этой ответственности до космических, поистине вселенских масштабов. В этом его важное социальное и моральное значение.

Можно, наконец, высказать и такую мысль. Когда интересные и важные познавательные процессы на стыке космологии ранней Вселенной и физики сверхвысоких энергий дойдут до своего определенного завершения, то вместе с движениями биологии в понимании законов жизни и обобщением гуманитарными науками социально-экономического опыта ХХ века они станут базой для нового качественного скачка в духовном развитии человечества, в его неустанных поисках своего истинного места в мире и своего предназначения в нем. И произойдет это, как показывает исторический опыт, на научной материалистической основе.

Отбрасывая черно-белое противопоставление материалистической и идеалистической линий в развитии мировой философии, тем не менее нужно констатировать, что формирование очередной общенаучной картины мира приводит к появлению ее философского обобщения в новой форме именно материализма. Но в чем-то существенном ограниченной, ибо ограниченной, неполной является и соответствующая картина мира. Критикуя эти ограниченности, идеалистические философские течения вносят свой положительный вклад в решение коренной философской проблемы – “человек и мир”. Но проходит время, наука создает новую, более широкую и глубокую, более адекватную действительности картину мира – возникает новое, более совершенное ее философское обобщение, которое становится методологической основой дальнейшего познавательного процесса. Материализм первых натурфилософов – идеализм Пифагора и Платона – материалистическое в своей основе учение Аристотеля – идеалистическая схоластика средневековья – метафизический материализм XVII-XVIII веков – идеалистическая философия Гегеля – диалектический материализм – его современная критика18). Эта схема при всей ее упрощенности, не отражая всех деталей и сложностей развития мировой философской мысли, тем не менее определяет диалектику и главное направление этого развития. И эволюция космологических представлений человечества всегда была необходимым и важным звеном этого процесса познания человеком мира и самого себя.

ПРИМЕЧАНИЯ:

10) О путях дальнейшего развития можно размышлять, если выйти за пределы единичного куба на рис. 2, в области, где координаты принимают значения больше 1. Например, если значение z=v/c1, то это будет физика техионов – частиц, движущихся только со скоростями, большими скорости света.

11) Кварки – элементарные частицы с дробным электрическим зарядом, из которых состоят нуклоны и другие частицы, участвующие в сильном взаимодействии, глюоны (склеивающие) – кванты поля, осуществляющего сильное взаимодействие между кварками.

12) Название “инфляционная стадия” связано с тем, что болезнь экономики многих стран – денежная инфляция, если ей не противостоят противоинфляционные процессы, также развивается по экспоненциальному закону (в чем мы в Украине имели возможность убедиться в 1992-1995 годах). Наличие на инфляционной стадии отрицательного давления, т.е. силы отталкивания, привело к тому, что теперь пригодились результаты, полученные ранее в космологии с Λ-членом А. Эйнштейном, В. де-Ситтером, Ж. Леметром.

13) Из постоянных G, c и h можно образовать три постоянных с разномерностями длины, времени и массы – они и называются планковскими длиной (lPl10-33 см), временем (lPl10-43 с) и массой (mPl10-5г≈1019ГэВ).

14) Поэтому, по нашему убеждению, научное и религиозное мировоззрение не совместимы. И их борьба за умы и души людей неизбежна. Другое дело, что эта борьба не должна принимать форму ни сожжения книг, а то и их авторов, ни разрушения храмов.

15) В связи с этим обратим внимание на то, что массы большинства элементарных частиц тяготеют, как к среднему значению, к массе нуклонов, а масса электрона значительно (в 2000 раз) меньше. Заметим также, что поскольку разность масс нейтрона и протона определяется в основном разностью масс образующих их кварков u и d, то невыполнение имеющего место неравенства масс означало бы одновременно и нестабильность протона.

16) Все это вытекает из анализа обобщенного потенциала задачи (суммы гравитационного или кулоновского и центробежного) при условии, что гравитационная и кулоновская силы являются предельно дальнодействующими, т.е. убывающими с расстоянием наиболее медленно, при конечной полной энергии взаимодействия. Для этого их потенциал должен удовлетворять уравнению Лапласа соответствующей размерности и убывать в N-мерном пространстве расстоянием как r-(N-2).

17) Антропный принцип привлек к себе значительное внимание после появления работы английского астрофизика Б. Картера в 1976 году. Но соображения, которые, собственно говоря, уже содержали этот принцип, высказывались еще в 50-60-е годы Л. А. Зельмановым и Г. М. Идлисом.

18) Речь идет о критике научной, объективной, а не о его конъюнктурном отрицании и отбрасывании. Ибо нужно различать диалектический материализм как философское учение, ставшее неотъемлемой частью мировой философии, и определенные социальные процессы, в том числе и негативные, которые связаны как раз с отходом от методологии диалектического материализма. Не случайно К. Маркс по итогам опроса, проведенного в Англии с помощью сети Интернет, признан самым выдающимся философом минувшего двухтысячелетия.

ЛИТЕРАТУРА

Александров Ю.В. Астрономія. Історико-методологічний нарис. К.: Сфера, 1999.

Вайнберг С. Первые три минуты. М.: Энергоиздат, 1981.

Вайнберг С. Гравитация и космология. М.: Наука, 1975.

Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М.: Изд-во МГУ, 1988.

Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма идей в познании природы. М.: Наука, 1988.

Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1979.

Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1985.

Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М.: Наука, 1990.

Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1990.

Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1988.


Знаком отмечена литература для подготовленного читателя.


0 – классическая механика

1 – ньютоновская теория гравитации (G)

2 – специальная теория относительности (с)

3 – квантовая механика (h)

4 – общая теория относительности (с, G)

5 – нерелятивистская квантовая теория гравитации (h, G)

6 – релятивистская теория поля (с, h)

7 – общая физическая теория (с, G, h)

x = Fr2/ Gm2; y = h/S; z = v/c

F, r, m, S, v – характерные значения силы, расстояния, массы, действия и скорости

Рис. 2. Структура современной физической теории




α – бегущие безразмерные константы взаимодействий: s – сильного; w – слабого; em – электромагнитного; g – гравитационного

αg= Gm2/ hс; αe=e2/ hс; αw= gFm2c/h3; gF≈10-49epгcм3 ; α≈a/ln(m/mp)

Рис. 3. Схема построения единой теории поля




(dr/dt)2=E-W; W=c2/2r2-GM/rN-2; E≥W

E – полная энергия, W – сумма центробежного и гравитационного потенциалов, с – кинетический момент, N – размерность пространства

Рис. 4. Задача двух тел в пространстве N измерений

РЕЗЮМЕ

Розглянута історія розвитку космологічних уявлень людства, описане становлення релятивістської космології Ейнштейна-Фрідмана-Гамова. Розкривається взаємозв’язок проблем опису раннього Всесвіту та створення єдиної теорії поля. Аналізуються фізичний та загальнонауковий зміст і філософське значення антропного принципу.


SUMMARY

The evolution of mankind’s cosmological views through history is being considered in this article. The development of the relativistic Einstein-Fridman-Gamov’s cosmology is being described. The author demonstrates the connection between the problems of the early Universe description and the creation of the unified field theory. The physical and general scientific content of the antropic principle is being analysed alongside its philosophic meaning.

Врезки

  • Построение единой теории поля – одна из самых “горячих точек” в современном естествознании. И находится эта точка как раз на стыке физики элементарных частиц и космологии ранней Вселенной
  • С давних времен важной формой поиска закономерностей и гармонии в окружающем нас мире было выявление в нем тех или иных симметрий
  • Фундаментальные физические свойства нашего мира перестают быть просто совокупностью эмпирических фактов. Мы можем уже ставить вопросы, почему эти свойства именно такие, какие они есть и как они возникли
  • Этот вывод огромного общенаучного и философского значения получил название антропного принципа
  • Существование мира, в котором возникла разумная жизнь, явление целиком естественное и закономерное, но закономерность эта носит статический характер