標籤:時間簡史

人擇宇宙學原理(簡稱人擇原理)由鮑羅和泰伯拉提出。這條原理很複雜,但簡而言之,即謂正是人類的存在,才能解釋我們這個宇宙的種種特性,包括各個基本自然常數。因為宇宙若不是這個樣子,就不會有我們這樣的智慧生命來談論他。

1原理介紹

人擇宇宙學原理(簡稱人擇原理)由鮑羅和泰伯拉提出。人擇原理其中又分為弱的人擇原理和強的人擇原理。弱人擇原理認為人們生存在眾多個宇宙演化模型中一個,假如我們不是身處當前這模型,即宇宙會以不同方式演化,我們也不會在這裡。強人擇原理就更肯定宇宙一定會生出有智慧生物,不允許宇宙以其他不能夠令我們生存之選擇出現。當我們出現后,文化將會以一種有智慧的形式存在下去並傳遍宇宙,並終會達到極點和其他宇宙進行交流。多數物理學家都不大喜歡強人擇原理。這個原理採取的觀點同完美宇宙學原理正好相反,宣稱人類是在一個特定時期觀察著宇宙的,儘管當前的宇宙從空間任何點看去顯得一樣。假設這個特定時期是因為需要產生那些有利於生命演化的特殊條件,比方說,假設宇宙比當前熾熱得多或稠密得多,星系就不能形成;假如引力的強度和我們的觀測值大不相同,行星系統就不能形成,或不適合於我們所知的生命形式存在。現已查明,地球的年齡和天文學家發現的最老恆星或星系的年齡相仿(頂多差4倍),這畢竟是一個驚人的符合。人擇宇宙學原理用「許可」來解釋這種相似性。宇宙本來可以比它實際的情形不規則和無序得多。人擇宇宙學原理斷言,若是那樣的話,各種條件就不能容許生命存在了。因此,作為觀察者,我們是生活在一個非常特殊的宇宙中,並且這個宇宙必須是均勻各向同性的。「人擇」是一個非常基本的論據,因為它試圖對哥白尼宇宙學原理作出解釋,而後者幾乎是所有有生命力的宇宙論的核心。

2理論由來

首次發表這個理論的是天文物理學家布蘭登·卡特,在1973年的紀念哥白尼誕辰500周年的"宇宙理論觀測數據"會議上。他的論文中明確闡述的人擇原理,完全站在了所謂的哥白尼原理(並不是由哥白尼提出的)的反面——哥白尼原理否認了人類在宇宙中的特殊地位。(就如同哥白尼所主張的,地球並不是宇宙的中心,如今我們知道太陽是一顆位於典型銀河系的典型恆星。)卡特的論文,「大數重合與宇宙論中的人擇原理」包含了下列陳述:「雖然我們所處的位置不一定是中心,但不可避免的,在某種程度上處於特殊的地位。」 (IAUS 63 (1974) 291)。

3多種版本

人擇原理的支持者提出,我們之所以活在一個看似調控得如此準確,以至能孕育我們所知的生命的宇宙之中,是因為如果宇宙不是調控得如此準確,人類便不會存在,更遑論觀察宇宙。若任何一個基本物理常數是跟當前的有足夠的差異,那麼我們所知的生命便不能存在,更不會有智慧生物去思考宇宙。有論文指出,(弱)人擇原理能解釋精細結構常數、宇宙的維數、和宇宙常數等物理常數。我們需要分辨人擇原理的弱、強、最終和其他版本,因為字眼上的些微變化便會令含意產生巨大的不同。
1973年英國天體物理學家布蘭登·卡特(Brandon Carter)在哥白尼誕辰500周年時提出了人擇原理並將其分為兩種:弱人擇原理和強人擇原理。弱人擇原理認為:作為觀察者的我們之所以存在於這個時空位置,是因為這個位置提供了我們存在的可能。強人擇原理則認為:我們的宇宙(同時也包括那些基本的物理常數)必須允許觀察這在某一階段出現。
卡特提出人擇原理后,很多人對其作了解讀和發展,其中最引人注目的是宇宙學家約翰·巴羅(John D. Barrow)和物理學家弗蘭克·提普勒(Frank J. Tipler)。同時,理論物理學家斯蒂芬·威廉·霍金也在《時間簡史》一書中提到了人擇原理,他把它稱作「人存原理」。人擇原理被分為三種,弱人擇原理、強人擇原理和終極人擇原理。人們通常使用巴羅等人提出的敘述:
弱人擇原理(Weak anthropic principle (WAP)):物理學和宇宙學的所有量的觀測值,不是同等可能的;它們偏愛那些應該存在使碳基生命得以進化的地域以及宇宙應該足夠年老以便做到這點等等條件所限定的數值。(約翰·巴羅(John D. Barrow) 和弗蘭克·提普勒(Frank J. Tipler),1986)
強人擇原理(Strong anthropic principle (SAP)):宇宙必須具備允許生命在其某個歷史階段得以在其中發展的那些性質。
最終人擇原理(Final anthropic principle (FAP)):包含智慧的信息處理過程一定會在宇宙中出現,而且,它一旦出現就不會滅亡。
在卡特最初的定義中,弱人擇原理僅僅涉及到確定的「宇宙學」參數,即我們在宇宙中空間和時間上的位置,而沒有牽涉到後來屬於強人擇原理的基本物理常數的值。他同樣也只是提到「觀測者」而不是「碳基生命」。不過這些模稜兩可的話卻是導致無休止的對於各種版本人擇原理誤解的原因。智慧設計的支持者聲稱得到了強人擇原理的理論支持。
一方面,多宇宙理論或稱為多選擇宇宙理論的存在是基於另一些理由,而弱人擇原理提供了一個貌似正確的理由,來解釋我們宇宙的良好秩序。假定存在可以支援智慧生命的宇宙,那麼實際上這種宇宙必定存在,而我們的宇宙無疑也是其中之一。然而,多選擇的智慧設計並不僅限於多選擇宇宙理論的假定。不過有些進化論的支持者同樣聲稱得到了人擇原理的理論支持,例如Ikeda及Jefferys就認為人擇原理是表面上支持實際上否定了智慧設計。

4哲學原理

巴羅和蒂普勒詳細地闡述了看起來無法相信的巧合,這些巧合使我們的宇宙具有特色,並使我們人類進化。他們認為只有人擇原理能搞清楚這大量的巧合的意義。無論是原子的能量級還是弱核力的精確力量都好像是為了適應我們的生存。宇宙中碳基生物的存在可能與一些引數參數值有關,假設這些參數值變化很少,那碳基生物就可能不存在了。儘管巴羅和蒂普勒的作品屬於理論物理學,它仍然討論了化學和地質學的多種相關話題。
在1983年,布蘭登修正了他1974年的論文,認為人擇原理在最初的形式上只是要引起天體物理學家和宇宙學家的警惕,那就是如果他們沒有考慮觀察者的生物本性所導致的呈上升趨勢的限制,天文學和宇宙學的資料翻譯工作將會出現錯誤。反過來,卡特還警告發展生物學家,當他們翻譯報告的時候也要考慮天文學和宇宙學的因素。由此,卡特總結,介於對於宇宙年齡的最好估計(當時是150億年,當前是137億年),發展鏈可能只允許一個或兩個的低可能鏈。A.Feoli和S.Rampone("強人擇原理是否太弱" 1999)介於宇宙的大小和可能的星球數量,認為有更多的低可能鏈。有更多的低可能鏈的數量和生命的出現以及隨後的進化需要智慧設計不太相符。
觀察宇宙論和量子引力理論的最新著作使得人們對於人擇原理重新感興趣。量子引力試圖把其他的力量統一到引力上。然而,一旦有了有前途的理論,這些理論卻又會出現問題,那就是基本物理常數是不受限制的。這種觀察的誘導更多地來自於對於數量的精確估計,比如說是宇宙密度,同時宇宙論里從這個估測中預測了一個和這個0.3幾乎差不多的結論。
對於人擇理論有了些不一樣的選擇,大多數存在一些樂觀的理論認為萬物學說最終會被發現,這個學說聯合了宇宙中所有的力量,通過獲取所有顆粒的特性而獲得。萬物學說包括了M-理論和量子引力的多種理論,雖然所有的這些理論都被認為是演繹性的。另一種就是李·斯莫林的宇宙論的自然選擇模型,這也被認為是多重宇宙,這個理論認為如果這些宇宙和我們的宇宙有相同的性質的時候,那麼這些宇宙就會更豐富。這也能在加德納和他的"利己主義生物宇宙學假說"中見到。

5相關推論

在2002年,尼克·博斯特羅提出:「有沒有可能把觀察選擇效應總結成簡單的表述?」他認為這是可能的。但是,許多人擇原理是非常令人疑惑的。特別是一些從卡特的重要論文中得到靈感的,雖然是不錯的,但是他們太缺乏說服力,不能作為真正的科學作品。尤其是我認為現存的一些方法不允許任何由同時代的宇宙學理論中得到的觀測結果,儘管這些理論根據經驗顯然能被而且已經被天文學家檢驗著,一種更充分的關於觀察選擇效應該如何加以考慮的政策才能夠打破這種方法上的鴻溝。
他的自我選樣假定是「你必須把自己想像成一個適合的參考組中的隨機觀察員」,在我們不知道自己在宇宙中所處的位置,甚至不知道我們是誰的前提下,他引伸了人擇原理偏見和人擇原理推論。這也許還能夠成為克服多種認知偏見的方法,這種認知偏見限制了人類天生的觀察以及運用數學了解宇宙模型的能力,這在數學認知科學中也有提到。

6弦理論

弦理論預示著有很多可能的宇宙,被稱為背景或是真空。真空也常被稱作"弦景觀"(string landscape),李奧納特·蘇士侃認為有了很多的真空的存在時的人擇原理的推論變得非常有力。另一些人,特別是大衛·格羅斯、Lubos Motl、Peter Woit, 認為這是沒有預言性的。在關於弦景觀的論文中,史蒂分·溫伯格(Steven Weinberg)提出人擇原理是現代科學的「轉折點」。

7批評

有些人批評一些形式的人擇原理,他們爭論人擇原理中估計生命的化學本質是碳的化合物和液體水是一種訴諸無知。(有時候被稱為碳沙文主義或生物化學),允許碳基生物進化的物理常數的界限也預想的要少了很多限制。(Stenger 2000).弱人擇原理的支持者和反對者都批評他是一種贅述。它陳述的不是些容易理解的東西而是些瑣碎的真理。
人擇原理的討論暗暗假設了,若我們有能力思考宇宙學,那麼一些基本的物理常數只能落在特定的區間。批評者認為這簡直贅述了一個事實,那就是「如果事情本來就是不同的,那它就是不同的」。如果這種批評是成立的,那麼弱人擇原理就理所當然變得沒有意義了。因為這就意味著宇宙為了使我們能存在來思考它,它就必須要使自己變得讓我們生存。Peter Schaefer否認了這種觀點,他認為雖然弱人擇原理是講的大家都知道的道理,但卻不能推翻它,因為人們不能因為這個理論本來就是對的就駁斥這個理論。還有,很顯然,人擇原理中強調的因果關係的方向是錯誤的。
人類進化是為了適應當前的宇宙、宇宙常數和所有的一切,而不是宇宙適應人類,那就是說是因為我們適應了宇宙,宇宙卻不是專門為了適應我們的。強人擇原理的批評者認為它既不是可試驗的也不是可證偽的。FAP在最終人擇原理中被詳盡的討論了。巴羅和蒂普勒(1986)認為雖然最終人擇原理是一個站得住腳的物理學觀點,它也還是「和道德價值非常接近」。霍金認為我們所處的宇宙並不如人擇原理的擁護者所說得這般「特別」。他認為有98%的可能,一個宇宙大爆炸會產生同我們一樣的宇宙。然而,諸如霍金所使用的這些方程式是否能得出這樣的結論,什麼樣的宇宙可被稱為是「和我們一樣」,這些問題在科學上都是重要的。
霍金的波函數陳述了宇宙在與比它先出現的事物沒有聯繫的情況下是如何形成的,也就是說,它是怎樣從零產生的。然而,從2004年起,這個理論就在不斷地被爭論,而且,正如霍金在1988年所寫的,「是什麼打破了這種平衡從而創造了一個宇宙去解釋它們?……為什麼宇宙要不遺餘力地去打擾現有的東西?」「從無到有」是形而上學的一個根本問題。

8摘錄

宇宙學新疆域(FRONTIERS OF UNIVERSE)
[美]艾薩克.阿西莫夫 著
卞毓麟 何妙福 譯
為何事物如現在那樣
(異調註:本文中的「人類學原理」,「強人類學原理」和「弱人類學原理」,一般翻譯為「人擇原理」,「強人擇原理」和「弱人擇原理」。)
1988年11月,科學家們就一直討論多年的論題——人類學的原理,召開了一次極有權威的科學會議。
「人類學的」(Anthropic)一詞源於希臘語,意思是「與人有關的」。人類學原理試圖強調人類,作為目擊者,對宇宙的真正存在來說是必需的。
也許看來它的反面是正確的。我們是在一顆普通恆星的一個小的行星上,而這顆恆星湮沒於包含了幾千億顆恆星的一個星系裡,還有另外的恆星在其他1000億個星系裡。為什麼如此無法想象的龐大的一個宇宙居然僅為我們而存在?
答案則是宇宙越小,它膨脹然後收縮而絕滅所需的時間就越少。對我們來說,為了取得進化時間,宇宙必須像它現在那樣大。
此外,自然規律使得原子能夠形成。假如這些規律稍有不同,原子便不可能形成。而且,大爆炸以後有過的經歷似乎使恆星和星系得以形成。稍有差異原本就會使它們的形成變為不可能。要不是原子、恆星和星系剛好能形成的話,那麼我們自己就不可能形成。
甚至說到地球,地球軌道或太陽質量的略微變化便會使地球無法居住。即使它能居住,其物質的組成和化學性質的微小改變——例如,假如水變成冰時並不膨脹,或者假如碳原子不能彼此鉤連在一起的話——將會使生命成為不可能。
量子理論也使得我們好像是必不可少的。根據量子理論,在有些情況下,我們實際上只有直到觀測到電子時才可能辨別它在做什麼。當沒有觀測到電子時,即使理論上也不可能推斷它在做什麼。某些科學家認為這意味著如果沒有目擊者,宇宙便不會存在。
按照這個理論,宇宙必須有目擊者,而且自始至終必須有目擊者。但另一方面,直到宇宙150億歲時,最早的人類才進化。恐龍曾有資格當目擊者嗎?直到宇宙 100億歲時,地球本身才形成。這是否意味著在其他行星上有別的形式的生命曾作見證?否則它是否意味著宇宙是上帝僅僅為了人類的利益而創造的?而且那個上帝從頭到尾是宇宙永恆的監護人嗎?根據「強人類學原理」,這個假定似乎是必然的。
然而,大多數科學家更喜歡「弱人類學原理」。為了理解其意義是什麼,請你考慮一下這個問題:為何你的耳朵就具有它們現在所有的形狀和位置?答案也許是使得眼鏡能配戴在耳朵上。假如那樣的話,耳朵必須存在且必須在它們現在的地方,而這正是眼鏡的存在所決定的。
但它是從相反方向來理解的。眼鏡被設計來適合耳朵,而不是反過來。假如耳朵長在別的地方或根本就不存在的話,那麼就會以不同的樣式設計眼鏡。
同樣情況,有可能存在無限多的宇宙,每個宇宙具有一組不同的自然規律。或許這無限多的宇宙中,除了一個之外,其餘的宇宙所具有的自然規律都不容許生命存在。而僅有一個宇宙里,其自然規律確實考慮到了生命的存在。
這一個宇宙就應是我們的宇宙,而我們就在其中經歷了進化,然後對這個宇宙顯得多麼恰好地適合於我們感到驚異。但這實在與我們毫無關係。我們發覺我們的宇宙的完美僅僅因為它是唯一的我們能在其中生存的宇宙。多半,在其他的生命(如我們所知的)不可能存在
的宇宙里,別的種類的生命或別的類型的無法想象的現象也許會盛行。而且這些生命或現象中的每一種,若具有驚奇的能力的話,便會驚奇為何它們的宇宙顯得如此適合於它們。
我們怎樣能斷定這種弱人類學原理是否正確呢?畢竟,我們自己的宇宙是我們所能觀測的唯一一個宇宙。一位義大利科學家E.W.賽阿默(E. W. Sciama)曾提出一個建議。
要是有無數個宇宙的話,那麼可能有許多宇宙足夠接近完美而容許我們這種生命生存。我們的宇宙應只是它們中的一個,且它也許不是最臻於完美的。
要是我們更多地了解我們的宇宙,要是我們能作比至今已作的更精密的測量,我們能比現在更多地認識到生命及其需求,我們會知道我們的宇宙並不是十分完美的。我們甚至可藉助修正這個自然規律的精確形式或那個常數的精確值,設法設計(在腦海里)一個比我們的宇宙更合適的宇宙。
要是我們自己的宇宙顯得有點不完美的話,更可能的情況是只有很少的宇宙能適合於我們。這便使弱人類學原理似乎更可能些,而這便是反對強人類學原理的一個論點。
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