什麼是人擇宇宙學原理?它能否作為科學問題的答案

2020-12-05 李論科學

人擇宇宙學原理,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它。

當我們觀察宇宙時,很難想像所有的行星、恆星、星系,以及我們地球上的生命都是偶然產生的。在我們能觀測到的尺度上,宇宙所有的區域都遵循著同樣的規律:有著同樣的基本常數、有著同樣的粒子、有著同樣的相互作用方式,這必然會導致所有的粒子以同樣的方式結合在一起,而這種方式不僅有助於形成我們所知道的一切,而且也導致了目前所有一切的存在似乎是不可避免的。

我們宇宙今天的樣子看起來非常的精細、和諧,這是既定的事實,但宇宙真的必須是今天所看到的樣子嗎?下面我們就說下,人擇宇宙學原理這個帶有強烈主觀意識的理論是否科學,又能為我們帶來什麼?

人擇原理可以作為科學的指路明燈

一說到宇宙我們能想到的第一件事就是:宇宙中充滿了物質。這本身就是一件非常奇妙的事情,因為宇宙根本不需要這樣,它也可以什麼都沒有。

我們的自然法則,即控制宇宙中每個粒子相互作用的物理法則,似乎在任何地方都是一樣的。我們知道四種基本力是如何影響宇宙中所有已知的粒子,並且我們有了一個理論框架(標準模型)來理解宇宙是如何演變成今天我們所看到的樣子。

雖然知道物理定律,知道所有不同的粒子是如何相互作用的,並不能回答我們關於「存在」的所有問題。但是,物理定律也可以告訴我們很多東西:例如通過理論,我們可以知道一個物理系統是如何運行的,給定一個物理系統的初始條件,了解控制所有粒子的定律,在物理可預測的極限上我們可以知道未來會發生什麼。這就是科學所具有的預測性。

時空會膨脹或收縮,也會根據所包含的物質和能量發生彎曲。根據粒子相互作用的條件,它們相互吸引、排斥或結合在一起。有些系統非常穩定;但有些系統經過足夠長的時間就會發生衰變。科學可以告訴我們宇宙中的事情是如何發生的,以及在未來如何發展。

但有時科學也會面臨死胡同,有些理論總是隱藏在黑暗的背後,我們如何去找到它?如果我們想要推進我們對宇宙的認識和理解,我們就需要一些指導、需要一個指路明燈。如果我們有一個指導原則它會告訴我們應該去尋求什麼,那麼在解決科學問題上就會得到很大的幫助。

例如,我們早就知道宇宙中有各種各樣的元素,或者是原子核中質子數不同的原子。你的身體裡至少有59種不同的元素,但在很長一段時間我們並不知道這些元素是怎麼來的。

但有一件事我們可以肯定:我們確實存在,並且可以觀察宇宙。

這個簡單、看起來像是廢話的事實實際上很有分量。它告訴我們,我們的宇宙具有這樣的性質:它允許一個智慧的觀察者在其中進化。

這和宇宙具有與智慧生命存在不相容的屬性形成了鮮明的對比。沒看懂?這其實是一個簡單的邏輯:如果我們宇宙的屬性禁止智慧生命的形成,那麼我們人類就不會存在,也沒有人來觀察宇宙。簡單的事實是,我們確實存在,並在這裡觀察宇宙,而宇宙也以一種特定的方式允許我們的存在。這就是所謂的人擇原理的精髓所在。

人擇原理其實可以教會我們很多東西。

如果我們的宇宙充滿了重元素,那麼肯定有什麼方法可以合成它們!到20世紀50年代初,人們普遍認為,恆星是由核聚變提供能量的,而我們的太陽在很長一段時間內將氫聚變成氦。但這是宇宙中最輕的兩種元素!我們不能把質量為1的氫和質量為4的氦結合在一起形成更重的元素,因為沒有質量為5的穩定原子核,也不能把兩個氦結合在一起,因為於兩個氦質量幾乎相同的鈹-8是不穩定的,它會在10^-16秒的時間尺度上衰變回兩個氦。

但在1952年,弗雷德·霍伊爾用人擇原理推斷,一定有一個過程可以產生較重的元素。他推斷一定有辦法讓第三個氦進入其中與高度不穩定的鈹8相互作用,並融合在一起產生碳12。問題是,質量相差特別大!碳-12的質量遠低於鈹-8和氦-4的總和,因此他做出了一個驚人的預測:肯定存在一個碳-12的激發態,一個核物理學家還沒有發現的激發態,它的質量正好相當於三個氦-4原子核的質量。

這是一個令人難以置信的大膽預測,它公然挑戰了已知的核物理,因為那時,這種碳核的激發態並沒有被實驗發現。霍伊爾告訴核物理學家威利·福勒他的預測,以及這個狀態存在的必要性,這樣宇宙就有了碳,也就有了生命。有鑑於此,福勒開始尋找這種激發態的碳核。五年後,理論霍伊爾態和形成霍伊爾態的機制(三阿爾法過程)的發現得到了證實。同年晚些時候,他們兩人與傑弗裡和瑪格麗特·伯比奇一起發表了一篇論文,正確地解釋了宇宙中所有重元素的起源:巨型恆星的核心變成超新星,豐富了宇宙的重元素!

在這一方面,人擇原理幫助我們理解為什麼宇宙的屬性必須處在一定的範圍內,因為只有這樣生命才有可能存在,人類才有可能出現,我們就需要這樣一個宇宙。

還有,根據人擇原理我們甚至還能知道,引力不能比現在強的太多,否則宇宙只會充滿黑洞。暗能量(或宇宙常數)不可能超過其觀測值的100倍,這樣宇宙會因為膨脹速度太快而不能形成任何恆星、行星。宇宙中一定存在一種基本的物質/反物質的不對稱性,因為如果沒有的話,就不會有足夠的「物質」來創造我們所知道的宇宙。

雖然人類性原則有很多變體,但科學一點的表述是:

自然法則必須是這樣的,即宇宙可以以一種與所觀察到的一致的方式存在。

就人擇原理本身而言,它並不是任何問題的科學答案。

我們知道宇宙中存在物質/反物質的不對稱性,宇宙必須讓物質多於反物質才能滿足人擇約束的條件,但人擇原理並不能告訴我們為什麼宇宙中存在我們觀察到的物質,而不是反物質。

任何類型的科學推理只有在它解決一些我們目前不知道的問題時才有用,我們已經知道我們生活在這個宇宙中,它有我們所觀察到的屬性。說「宇宙一定是這樣,因為我們就在這裡」既是一種邏輯謬誤,也沒有教給我們任何新知識。宇宙可能在一定程度上被調整得很好,但人擇原理不會告訴我們宇宙為什麼或如何調整的。

因此人擇原理不是一個充分的科學理論,它不能告訴我們為什麼會發生的答案。但它在一定程度上可以指導我們的科學,但不能作為科學答案去使用。

相關焦點

  • 人擇原理也並非一無是處,它在某些時候也可以指導科學
    人擇原理例如,我們不能生活在一個禁止物質存在的宇宙中;因為物質被觀察到是存在的,所以宇宙的存在必須是現在這個樣的:在宇宙過去的某個時刻,物質的產生是必然的。我們觀測到宇宙的年齡有137億年的歷史,所以任何一個宇宙模型,如果它的宇宙年齡小於137億年,都將被排除在外。
  • 宇宙學最神秘的原理:人擇原理,倘若沒有人類,宇宙還有意義嗎?
    該原理全稱「人擇宇宙學原理」,在1973年首次被科學家提出,該原理試圖詮釋人類存在的意義,也試圖回答人類的終極問題。人擇原理指出:我們的宇宙之所以是這個樣子,是因為諸如人類這樣的智慧生命存在。人擇原理表面上是唯心的說法,其實不然,這個原理起源於現代宇宙學。因為現代宇宙學模型表明,我們所處的宇宙,各種測量常數和宇宙的種種特徵,都存在不可思議的平衡。
  • 人擇原理是科學家放棄科學時所使用的原理
    有時,你只能求助於最基本的假設:不管宇宙如何運行,它的運行方式允許它產生像我們這樣的智能觀察者。這種思路被稱為人擇原理。雖然它可以作為一個有用的起點,但它不能代替實際的科學。沒有人懷疑宇宙的存在,它遵守基本定律,而我們就像這個宇宙中的其他事物一樣,也遵守同樣的規則。
  • 為什麼人擇原理有其合理性?
    我們宇宙中其他一些讓人費解的特徵僅僅是我們存在並且可以觀測到的時期的產物。另一方面,這些常數的偶然值必定落在允許智慧生命演化的範圍內。描述和研究親生物區域產物的過程被稱為人擇推理。 人擇原理正在開始被認真地研究,尤其是和暗能量的關係。
  • 根據人擇原理的描述,是不是觀測者死亡後,這個宇宙也就不存在了
    人擇原理認為,如果我們將人類生命視為浩瀚宇宙中的特定條件,科學研究者們可能會把這個原理當作是追尋宇宙未知屬性與人類生命誕生的起點。人擇原理在宇宙學中,尤其是明顯的「微調宇宙」中具有舉足輕重的地位。圖解:宇宙歷史的時刻(2009年6月)。
  • 為何多數人不接受人擇原理?人類滅亡後宇宙還在嗎?
    引言:人擇原理是客觀且準確的嗎?人類其實是宇宙的中心?對於這一理論,眾多研究人員認為它偏向於唯心主義,很可能與現實情況不符。說起人擇原理,大家或較為陌生,它並不出名,也未被廣泛接受,只有少部分研究學者認為它是正確的,大多數科研人員對它持懷疑態度。人擇原理,全稱人擇宇宙學原理,是由鮑羅與泰伯拉共同提出,它非常複雜,其中暗含著人類與宇宙的關係。
  • 如果人擇原理真的成立,人類的存在還有什麼意義?
    因此,人類在宇宙中究竟扮演著什麼角色,至今仍然令我們感到十分疑惑,如果能夠解開這些謎團,或許我們可以找到更加明確的發展方向。在有關宇宙存在的各種觀點中,人擇原理面臨著巨大的爭議。因為量子力學的發展為我們帶來了新的思路,宇宙中的一切都有可能是不斷變化的,而隨著人類的觀察而變得確定起來。
  • 哥白尼原理與人擇原理
    很清楚,從中世紀的神秘主義向今天的量子物理學過渡的過程中我們在宇宙中的角色和位置隨著每一次科學上的革命而發生重大變化。我們的世界在按照幾何級數擴張著,迫使我們改變對自己的認識。今天,當我們面臨以科學方式確定我們在宇宙中的角色這一問題時物理學界中存在著兩種從某種程度上來說截然相反的哲學觀點:一是哥白尼原理,一是人擇原理。哥白尼原理聲稱我們在宇宙中所處的地位毫無特別之處。(有些好事者把這稱為「平庸原則」。)迄今為止,每一項天文發現似乎都證實了這一觀點。
  • 人擇原理:宇宙是被人類(智能生命)所選擇的嗎?
    (上面這幾個關於宇宙的材料,在人擇原理的中文資料裡很少見,由本人從英文資料翻譯過來。)人擇宇宙學原理(簡稱人擇原理)由鮑羅和泰伯拉提出。因而,人擇原理也可以理解為在非常非常多的宇宙中,有一個的宇宙常數恰好在能產生智慧生命的那個小範圍內,它誕生後過了一百幾十億年,終於有個「弱智生物群體」中的智者提出了一個偉大的問題:「這個宇宙為什麼會是這個樣子」 。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。
  • 硬核科普:不可能被證偽的原理——人擇原理,解析空間維度
    回答這個問題有一個特別流氓的定理,那就是——人擇原理。人擇原理非常的霸道,它似乎可以解釋許多我們完全無法理解的事物,但是人擇原理還有一個問題,那就是它可能幾乎就沒有回答或者說它的回答可能沒有任何的實際解釋價值。
  • 那麼宇宙學需要哲學嗎?
    如果哲學如此無用,那麼為什麼霍金和溫伯格,還有Neil deGrasse Tyson、Lawrence Krauss以及其他反對哲學的人,會如此頻繁地參與哲學討論呢?不管那些討厭哲學的人怎麼想,科學的所有領域都面臨著在科學自身的進程中無法解答的問題。每當科學家研究檢驗一種理論的最佳方法,或者想知道科學模型與現實的關係時,他們都是在研究哲學。
  • 時間的本質是什麼丨人擇原理
    網上看到一個問題:時間真實存在嗎?時間的本質是什麼?這個問題估計是人類從古至今上萬年都在思考的問題。自從我們小時候知道有個愛因斯坦發明了相對論以後,更是縈繞著我們長大的問題。一個新的理論,能夠澄清之前人們的困惑,「假如」又能預測和解決新的問題,那是真正成功的理論。「時間真實存在嗎?時間的本質是什麼?」這個問題的核心其實是沒有弄明白:我們通常以為的科學是擺脫於人、獨立於人的存在於宇宙之間的。也就是通常所說的「唯物主義」,其實這種認知很可能本身是唯心的。
  • 時間的本質是什麼丨人擇原理
    網上看到一個問題:時間真實存在嗎?時間的本質是什麼?這個問題估計是人類從古至今上萬年都在思考的問題。自從我們小時候知道有個愛因斯坦發明了相對論以後,更是縈繞著我們長大的問題。看到另一個回答者說到:一個新的理論,這個理論不是解決了問題,而是澄清了問題。這個說的很形象。
  • 宇宙學「基本悖論」的三種樣式
    文化史和社會史家很難從時空的順次上將科學、宗教和藝術劃分開來,既然三者的起源不分先後,那麼科學、宗教和藝術的起源符合哲學同步論的「等效原理」,不僅如此,科學、宗教和藝術的起源存在形式上的相似性,我們甚至可以「效仿」宇宙大爆炸理論,構造形式上的「科學大爆炸理論」、「宗教和藝術大爆炸理論」,就像我們接受了現代信息學的「信息大爆炸理論」一樣。
  • 由真空能量的值引起對人擇原理的思考
    根據宇宙學定義,宇宙中即使沒有粒子也可以擁有能量,這種能量就叫做「真空能量」。由廣義相對論得到的結論是,這種能量會產生一個物理結果:它會使空間產生伸縮。正的真空能量會加速宇宙的膨脹,而負的真空能量會導致宇宙最終坍縮。
  • 科學家迴避人擇原理,宇宙因人類而存在,若沒有人類還有宇宙嗎?
    筆者:三體-小遙 提起人擇原理,很多人可能會感到疑惑不解,作為現代宇宙觀中最具爭議的理論,長久以來已經有不少科學家對此提出質疑,尤其是堅持哥白尼原理的很多科學家。實際上,即便有人認為,人擇原理是放棄科學的一種觀點,由於科學技術等原因的限制,我們暫時無法完全否定它的存在,這種偏向唯心主義的神奇觀點始終佔據了一席之地。我們對宇宙的了解並不算十分深入,尤其是未知永遠比已知要多的情況下,人類能做的只有不斷推測。
  • 天文學家:它違背了宇宙學原理
    來源:環球科學ScientificAmerican  根據宇宙學原理,儘管宇宙中存在大量星系
  • 語音學的人擇原理
    前天轉發了一篇《宇宙中最神奇的星球,人類存在的秘密,這一切難道是安排好的》,並配了案語說:三四十年前有一種哲學主張,叫人擇原理。
  • 多重宇宙前傳:人擇的宇宙
    那麼問題來了,科學認知體系又是如何解釋的呢?最簡單、直接的回答就是地球生命進化論。不過,再往深刨根,宇宙演化地球生命的所有條件,為什麼都能夠如此精準到位呢?英文叫Anthropic Principle。
  • 可以回答哲學問題的宇宙學理論
    它通過同樣精妙,卻極其簡單的方法嘗試解決問題,它的名字是——弱人擇原理它是這樣表述的:「宇宙中被觀察到的現象,必須允許觀察者的存在。」    其實這句話在邏輯上是非常正確的,事實上就是A推出A這樣的廢話。不信?