人择原理

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  人择原理(anthropic principle),认为宇宙生命(特别是人类生命)的存在,可以对当前宇宙的状态和宇宙进入当前状态的方式施加约束的一种思想。

  用一个例子可以最好地说明人择原理概念的威力。我们要能存在,就必须有一颗恒星太阳)和一颗在适当距离围绕它运动的行星地球),而行星必须是由合适的化学元素混合物(特别是要有和大爆炸遗留下来的原始)构成的。这些元素在生命过程中起着关键的作用(见CHON)。初看起来,宇宙其余部分的存在,包括散布在数十亿光年空间范围的几百万个星系,是同我们的存在不相干的。但是,构成我们身体和地球的元素从哪里来?大爆炸只生产了氢、氦和痕量的几种轻元素。碳和其他重元素是在恒星内部加工的(见核合成),这些恒星必须走完其整个生命之路,然后爆发,将重元素扩散到空间,形成可以产生包括太阳在内的后代恒星和行星的物质云。这经历了几十亿年时间。而生命在一个合适行星上要进化到出现能够留心周围事物、对宇宙大小感到好奇的智能生物,又要数十亿年时光。宇宙却一直在那里膨胀;几十亿年后,它必然广达数十亿光年。所以,我们在这里提出宇宙大小的问题这个事实,就表示宇宙必定含有很多恒星,宇宙必定已有数十亿岁,宇宙范围必定达到了数十亿光年。这个几乎是(但不完全是)类语叠用式的论据(“我们在这里是因为我们在这里”),好像是罗伯特·狄克(Robert Dicke)讨论宇宙学问题时首先表述的。他在1957年发表的一篇文章中指出,宇宙的大小“不是随意的,而是由生物因素制约的”(由巴鲁和迪普勒引用,见下)。在那之前,弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)为了解释元素如何产生,已经做出了事后才有可能被看成基于人择原理的真正预言。他认为,我们身体中碳的存在,要求在恒星内部发生一种确定的核聚变反应;为检验他的预言进行了实验,并且发现那种反应的发生与霍伊尔预言的完全一致(见B^2FH、三α过程)。

  人择原理的这一动人的成功应用并不总是得到了应有的赞许。宇宙学家对人择原理的兴趣,一直要等到1974年,英国学者布兰登·卡特(Brandon Carter)提出需要区分“弱人择原理”和“强人择原理”之后,才真正高涨起来。人择原理的这种区分后来由约翰·巴鲁(John Barrow)和弗兰克·狄普勒(Frank Tipler)定义如下: 弱人择原理: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。 强人择原理: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。 弱人择原理认为,在某种意义上,宇宙对其如何从大爆炸中浮现出来做了“选择”。例如,引力相互作用强度可能与我们知道的值不同。假设引力曾经比我们今日宇宙中的强得多,那么在其他条件一样的情况下,恒星应该比我们宇宙中的更小,燃烧它们的核燃料更快,以便支撑自己对抗引力。只要引力足够强,恒星将在我们这样的复杂生命形态尚未来得及进化成功时就燃烧尽了。 在这幅图像中,一个无穷的宇宙可能分隔成有着不同物理定律的“领地”。这些领地在空间上可能彼此远离到超出了我们望远镜所及的范围;而在时间上,在某种意义上说,它们也许是在大爆炸“之前”分隔开的。或者,它们也可能存在于某种通过虫洞连接起来的超维度的超空间中。类似我们的生命形态将只存在于允许恒星存活足够长因而复杂生物得以进化、其他条件则像熊宝宝的粥“恰到好处”那样的领地中。这有时被称之为金发姑娘现象(出自民间故事。一金发小姑娘到三个小熊家里作客,她觉得不是这碗粥太烫,就是那条凳子太高,或是那张床太大;只有最小的熊宝宝的这一切则“恰到好处”)。 强人择原理认为,宇宙对如何从大爆炸中浮现出来是无法选择的、在某种意义上是为人类“定做的”。有些物理学家,特别是约翰·惠勒(John Wheeler),将它同量子物理学认为除观测的东西外无物为真的思想联系在一起——也就是说,宇宙的物质现实性依赖于关注其存在的智能观测者的参与,而这保证了基本相互作用和自然界的常数,如引力强度等,具有了我们所知的数值。 其他一些人则把允许宇宙中存在生命的各种“巧合”看成是有设计师在起作用的证据。霍伊尔说过,“核物理学的定律是针对它们在恒星内部引起的后果而精心设计的”(《星系、核和类星体》,伦敦海纳曼公司1965年出版)[3],不过很少宇宙学家同意他的说法。 在这一层次上,关于人择宇宙学的辩论,已经涉及到了为“证明”上帝存在而提出生物体太过复杂、不可能偶然产生的老论据,这是威廉·佩利(William Paley,1743-1805)在18世纪强烈主张的论点。反论据则是,通过自然选择的进化已经产生了地球上的复杂生物体,它们适应了环境,根本不需要上帝插手。 有趣的是,这个反论据,主要通过美国数学物理学家李·斯莫林(Lee Smolin)的工作,现在已经推广到了宇宙学领域。斯莫林主张,婴儿宇宙通过黑洞从母宇宙分离出来时,“新”宇宙中的物理学定律可能与“老”宇宙中的物理学定律稍有不同。物理学定律的这一变化可能提供了使自然选择在宇宙本身这样的层次上起作用的物质原料,于是,那些生产黑洞效率较高的宇宙,就能生产较多的类似自身的宇宙,因而在某种争夺空间的宇宙斗争中胜出。 按照这个论点,那些有利于物质转化为许多黑洞的物理学定律,将在选择过程中受到偏爱。斯莫林认为,我们的宇宙是这一演化过程非常可能的最终产物,我们觉得极其精美地适合我们生存的物理学定律,实际上为制造黑洞和更多婴儿宇宙而做了微调。那些定律碰巧允许作为我们生命基础的碳和其他元素存在,从这个事实来看,我们的存在只是一种寄生的结果。