Антро́пный при́нцип

Антро́пный при́нцип — аргумент «Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек». Этот принцип был предложен с целью объяснить, почему в наблюдаемой нами Вселенной имеют место  основных физических параметров, которые необходимы для существования разумной жизни.

Термин «антропный принцип» впервые предложил в 1973 году английский физик Брэндон Картер

На основе анализа проблемы наблюдателя в естественных науках (на примере физики и синергетики) и в общественных науках (на примере этно- логии) можно сделать вывод о неустранимости фигуры наблюдателя и транс- цедентальной субъективности из структуры постклассической научной тео- рии. Но если на классическом этапе развития естествознания объект рассмат- ривается как абсолютно не зависящий от человека и человечества, то для социогуманитарных  наук это с самого начала невозможно. Поэтому либо про- исходит объективация объекта с помощью явно заданных трансценденталь- ных структур (например, через понятие ценности), либо это происходит в конечном счете после эффективного процесса коммуникации. Вместе с тем это приводит не к потере объективности научного знания, но к усложнению процедур его достижения и свидетельствует о процессах гуманитаризации современной науки.

 

 

 

АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП    

АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП — один из фундаментальных принципов современной космологии, который фиксирует связь между крупномасштабными свойствами нашей Вселенной (Метагалактики) и существованием в ней человека, наблюдателя. Термин “антропный принцип” предложил английский математик Б. Картер (1973): “то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей”. Наряду с общей формулировкой антропного принципа известны также его модификации: “слабый антропный принцип”, “сильный антропный принцип”, “принцип участия” (“соучастника”) Дж. Уилера и “финалистский антропный принцип” Ф. Типлера. Формулировка сильного антропного принципа, по Картеру, гласит: “Вселенная (и следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей”. Перефразируя Декарта (cogito ergo mundus talis est—я мыслю, поэтому мир таков, каков он есть), Уилер афористически выразил суть антропного принципа словами: “Вот человек; какой должна быть Вселенная?” Вместе с тем антропный принцип пока не получил общепринятой формулировки. Среди формулировок антропного принципа встречаются и явно эпатирующие, тавтологические (типа “Вселенная, в которой мы живем,—это Вселенная, в которой живем мы”, и т. п.).     

Антропный принцип претендует ответить на вопрос: почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем? Мировоззренческая острота этих вопросов обусловлена тем, что наблюдаемые свойства Вселенной жестко связаны с численными значениями ряда фундаментальных физических констант. Если бы значения этих констант были хотя бы немного другими, то было бы невозможным существование во Вселенной ни атомов, ни звезд, ни галактик, ни возникновения условий, которые сделали возможным появление человека, наблюдателя. Как выражаются космологи, Вселенная “взрывным образом неустойчива” к численным значениям определенного набора фундаментальных констант, с необычайной точностью “подогнанных” друг к другу таким образом, что во Вселенной могли возникнуть высокоорганизованные структуры, включая человека. Иными словами, человек мог появиться отнюдь не в любой по своим свойствам Вселенной. Соответствующие условия, выделяемые набором фундаментальных констант, ограничены узкими пределами.     

В развитии антропного принципа как научного принципа можно выделить несколько этапов: дорелятивистский, релятивистский, квантовый релятивистский. Так, дорелятивистский этап охватывает рубеж 19—20 вв. Английский эволюционист А. Уоллес сделал попытку переосмыслить коперниканское понимание места человека во Вселенной на основе альтернативных, т. е. антикоперниканских, идей. Этот подход был развит и Картером, который считает, что, вопреки Копернику, хотя положение человека во Вселенной не является центральным, оно неизбежно в некотором смысле привилегированное. В каком именно смысле человек, т. е. земной наблюдатель, занимает во Вселенной выделенное положение, разъясняют модификации антропного принципа—слабый антропный принцип и сильный антропный принцип. Согласно слабому антропному принципу, возникновение человека в расширяющейся Вселенной должно быть связано с определенной эпохой эволюции. Сильный антропный принцип считает, что человек мог появиться лишь во Вселенной с определенными свойствами, т. е. наша Вселенная выделена фактом нашего существования среди других вселенных.     

Обычно антропный принцип обсуждается в плане дилеммы: физический ли это принцип или философский. Такоепротивопоставление неосновательно. То, что обычно подразумевают под антропным принципом, несмотря на простоту и краткость формулировок, на самом деле имеет гетерогенную структуру. Напр., в структуре сильного антропного принципа можно выделить три уровня: а) уровень физической картины мира (“Вселенная взрывным образом неустойчива к изменениям фундаментальных физических констант”), б) уровень научной картины мира (“Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось появление человека”); в) уровень философско-мировоззренческих интерпретаций, т. е. различных типов объяснения смысла антропного принципа, среди которых—теологические объяснения (“аргумент от замысла”), телеологические объяснения (человек—цель эволюции Вселенной, задаваемая трансцендентным фактором), объяснения в рамках концепций самоорганизации.     

На философском уровне противостоят друг другу два типа интерпретации антропного принципа. Его понимают, с одной стороны, следующим образом: объективные свойства нашей Вселенной таковы, что они на определенном этапе ее эволюции привели (или должны были привести) к возникновению познающего субъекта; если бы свойства Вселенной были иными, их просто некому было бы изучать (А. Л. Зельманов, Г. М. Идлис, И. Л. Розенталь, И. С. Шкловский). С другой стороны, при анализе смысла антропного принципа может быть поставлен обратный акцент; объективные свойства Вселенной таковы, какими мы их наблюдаем, потому что существует познающий субъект, наблюдатель (принцип соучастника исключительно к этому сводит смысл антропного принципа).    

Антропный принцип является предметом дискуссии в науке и философии. Одни авторы считают, что антропный принцип содержит объяснение структуры нашей Вселенной, тонкой подгонки физических констант и космологических параметров. По мнению других авторов, никакого объяснения в собственном смысле слова антропный принцип не содержит, а иногда он рассматривается даже как пример ошибочного научного объяснения. Эвристическую роль антропного принципа иногда рассматривают, подчеркивая лишь его физическое содержание и лишая каких-либо социокультурных измерений. Вселенная, с этой точки зрения,—обычный релятивистский объект, при изучении которого антропные аргументы выглядят в значительной степени метафорически. Другая точка зрения состоит в том, что “человеческое измерение” не может быть исключено из антропного принципа.

 

О квантовой механике и о влиянии наблюдателя на результаты наблюдений.   

 

 

    

 

 

    

Большинство из нас привыкло считать физику точной и однозначной наукой. С точностью это так. А вот с "однозначностью" в современной физике гораздо сложнее. Это конечно, не психология с ее обилием разнообразных взглядов и полным плюрализмом, но место для разных точек зрения, все равно, есть. Разные точки зрения здесь также называются "интерпретациями". Для квантовой механики основным майнстримом, принятым большинством физиков, является Копенгагенская интерпретация. В ее рамках я и постараюсь удержаться, если не ошибусь. А если ошибусь, буду рад поправиться.  

 

 

  И, перед началом: я понимаю ряд ограничений, и упрощений, на которые придется пойти, чтобы донести смысл проблемы, не написав ни одной формулы, и ограничившись метафорами. Эти упрощения существенны для физики. Но на мой взгляд, они нет так существенны в контексте этого материала. Покончим со вступлениями!  

 

 

  Квантовая механика описывает поведение элементарных частиц. Любых частиц: фотонов, электронов, нейтронов, и т.д. - законы микромира.  

 

 

  Основная "проблема" на таких масштабах задается соотношением неопределенности Гейзенберга. Оно простое. Смысл его в том, что невозможно в один и тот же момент времени точно измерить и координату частицы, и ее скорость. Чем точнее удается измерить координату, тем больше будет неопределенность в скорости частицы. Чем точнее сможем померить скорость частицы (импульс, вообще-то, но не будем излишне усложнять), тем менее понятно будет, а где эта частица находится. Крайний случай - измерим скорость "абсолютно точно" - получим абсолютную неопределенность в положении частицы. Она окажется "размазана" по всему пространству. Вы вдумайтесь - ПО ВСЕМУ ПРОСТРАНСТВУ!  

 

 

  Все это означает, что у движущихся элементарных частиц нет траекторий. Если мы бросим мячик вверх под углом, он полетит по кривой, примерно похожей на параболу. И упадет на землю в точке пересечения его траектории с землей. Если мы отпустим надутый и незавязанный воздушный шарик, он полетит по более сложной траектории - в зависимости от его формы, давления внутри него, и т.д. Траектория у этих движущихся предметов есть - в любой момент времени мы можем указать точку в пространстве, в которой этот предмет находится.  

 

 

  А если мы "выпускаем" электрон с некоторой скоростью, направленной в сторону ближайшей стены (мало ли, как мы это сможем сделать ;-)), то ударившийся о стену ранее выпущенный электрон траектории движения не имел. Т.е. точка испускания известна точно. Точка удара о стену - тоже точно. А НИ ПРО ОДНУ ПРОМЕЖУТОЧНУЮ ТОЧКУ МЫ НИЧЕГО СКАЗАТЬ НЕ МОЖЕМ. Ну, неизвестно, как он летел и в какой момент где находился (как только узнаем точно про какую точку - возникшая неопределенность в скорости сделает свое дело и в следующий момент времени частицу уже не найти). А может и вообще никак не летел. Вылетел, увидел, что никто не подглядывает, потусовался чуток где-нибудь, и потом появился в точке назначения. ;)  

 

 

  Здесь важно отметить, что возникающая неопределенность - это не следствие недостатков измерительных приборов. Это - фундаментальное свойство того мира, в котором мы живем. Такая странность в поведении микрочастиц уже много лет не дает исследователям покоя и периодически ставились эксперименты с целью "обмануть частицу" и померить и коррдинату и скорость одновременно. Периодически, даже, казалось, что это удалось. Но дальнейшие "разборки" ставили все на свои места. Природу обмануть никому не удалось. И траектории у элементарных частиц нет. Что делает частица между актами наблюдения - это фундаментальная тайна.   

 

 

  Но это еще не все. Это - только начало. :) Теперь - пару слов об "эксперименте с двумя щелями". Этот эксперимент описан в любом учебнике, как наиболее точно описывающий основную канву квантовой механики. Более того, таких экспериментов было поставлено великое множество - с разными частицами и условиями и одинаковыми результатами. Иногда его называют "экспериментом Юнга". Но чаще - "классическим экспериментом с двумя щелями". Картинок туча нарисована. Но что-то я подходящих не найду. Сейчас нарисую.  

 

 

    

 

 

  Слева находится источник фотонов, который испускает одинаковые (в некотором смысле) фотоны чуть расходящимся пучком. На пути распространения пучка находится непрозрачная пластина с двумя отверстиями. В результате явления дифракции (огибания фотонами краев отверстий) каждое из отверстий становится "вторичным источником фотонов", распространяя далее направо отдельные расходящиеся пучки из тех фотонов, которые пролетели через щель и не были задержаны пластиной.  

 

 

  Два пучка фотонов от отверстий накладываются друг на друга и падают на специальный регистрирующий экран. За экраном находится наблюдатель, который скрупулезно записывает место на экране, куда упал каждый из долетевших до экрана фотонов. Экран у нас одномерный, поэтому место падения на нем задается одной кординатой - вертикальным положением точки падения фотона (помня про соотношение неопределенностей, говоря о точке, будем иметь в виду "очень маленькую область на экране"). Наблюдатель, старательно записав координаты точек падения всех фотонов, строит график - кривую распределения частоты фотонов в зависимости от координаты на экране. Иными словами отмечает графически - сколько фотонов попало в каждую точку экрана.   

 

 

  Начнем эксперимент, закрыв нижнее отверстие в пластине.  

 

 

    

 

 

  В результате пучек фотонов будет проходить только через одно отверстие - верхнее. И формировать на экране пятно напротив открытого отверстия, где распределение точек падения фотонов будет напоминать нормальное распределение (ну такая колоколообразная кривая ;) - график уже приведен на рисунке). Напротив середины отверстия - максимум долетевших фотонов. Далее в обе стороны - быстрое уменьшение их количества.  

 

 

  Будем наблюдать почти то же самое, если закроем верхнее отверстие.   

 

 

    

 

 

  Такое же распределение количества упавших фотонов, только сдвинутое вниз. Пока ничего неожиданного.  

 

 

  А что будет, если открыть оба отвертия сразу? Ну, понятно, ожидается что-то типа "суммы двух распределений". Т.е. до экрана должны долетать фотоны, пролетевшие через верхнее отверстие плюс фотоны, долетевшие через нижнее. Ждем что-то вроде:  

 

 

    

 

 

  Ожидаемая сумма двух распределений показана на рисунке жирной кривой. НУ, ЭТО НЕПРАВИЛЬНО! Так не будет, мы же забыли про интерференцию - взаимное усиление и ослабление волн в пространстве! Вместо ожидаемой тривиальной картинки (если бы получалась она, в этом эксперименте вообще никакого особого смысла не было ;)) у нас получится что-то похожее на:  

 

 

    

 

 

  Два наших пучка фотонов, сформированных на выходе из двух открытых отверстий, начали интерферировать, нарисовав такую забавную картинку! Если бы регистрирующий фотоны экран был плоским, а не одномерным как у нас (и, для наглядности, фотоны, прилетев на него, заставляли точку падения светиться некоторое время), мы бы увидели чередование на нем светлых и темных полос. В середине экрана светлые полосы были бы ярче, ближе к краям, светлые полосы становились бы все темнее, и наконец, у краев экрана переставали бы различаться глазом. С нарисованным графиком мы видим то же самое, но "в разрезе".