Особая природа Большого взрыва: антропный ключ?

Можно ли привлечь антропный принцип для объяснения весьма особой природы Большого взрыва? Можно ли рассматривать этот принцип как часть инфляционной картины, в которой изначально хаотическое состояние с максимальной энтропией может привести в конечном счете к Вселенной, подобной той, в которой мы живем, где выполняется Второй закон термодинамики? В качестве общего аргумента можно заявить, что Второй закон существен для жизни, как мы ее понимаем, кроме того, значения плотности и температуры, распределение вещества, состав должны быть такими, чтобы способствовать существованию жизни.

Антропный принцип

Существует несколько позиций, которые можно занять относитель но этого противоречивого принципа. Как когда-то сказал физик Фриман Дайсон, «вселенная словно знала, что мы придем». Это иллюстрация сильного антропного принципа, который заключается в идее того, что точная настройка физических констант была не случайностью, а предполагает некий проект. (Слабый антропный принцип просто утверждает, что физические константы вселенной таковы, что воз- можно существование жизни и разума).
Физик Дон Пейдж суммировал различные формы антропного принципа, предлагавшиеся в различные годы.

  • Слабый антропный принцип: «То, что мы видим во вселен- ной, ограничивается требованием нашего существования в качестве наблюдателей».
  • Сильно-слабый антропный принцип: «По крайней мере в одном мире... из вселенной многих миров должна развиваться жизнь».
  • Сильный антропный принцип: «Вселенная должна нести в себе определенные качества, чтобы в какой-то момент в ней развилась жизнь».
  • Конечный антропный принцип: «Разум должен развиться во вселенной, после чего он никогда не погибнет».

Одним из физиков, всерьез воспринимающих сильный антропный принцип и утверждающих, что это признак существования Бога, является Вера Кистяковски, физик из Массачусетского технологического института. Она говорит: «Утонченное совершенство физического мира, открывающееся нашему научному взору, требует присутствия божественного». Еще одним ученым, поддерживающим это мнение, является Джон Полкингхорн, физик, занимавшийся частицами, который отказался от занимаемой должности в Кембриджском университете и стал священником англиканской церкви. Он пишет о том, что вселенная — это «не просто «какой-то мир», она особенна и тонко настроена для жизни, поскольку является созданием Творца, чья воля в том, чтобы все было именно так». И в самом деле, сам Исаак Ньютон, которому принадлежит концепция непреложных законов, управляющих движением планет и звезд без всякого божественного вмешательства, считал, что изящество этих законов указывает на существование Бога.
Но нобелевский лауреат Стивен Вайнберг не поддерживает такую точку зрения. Он признает всю притягательность антропного принципа: «Для людей практически непреодолимым является стремление верить в то, что мы имеем какое-то особое отношение ко вселенной, что человеческая жизнь не просто более или менее нелепый результат цепи случайностей, простирающейся до первых трех минут после Большого Взрыва, а что мы были каким-то образом встроены с самого начала».
Однако в заключение он говорит о том, что сильный антропный принцип представляет собой «едва ли нечто большее, чем пустую мистическую бессмыслицу».
Остальные физики также не слишком убеждены в силе антропного принципа. Ныне покойный физик Хайнц Пейджелс был сильно увлечен антропным принципом, но в конечном счете потерял к нему ин- терес, поскольку этот принцип не содержал в себе прогностической силы. Эта теория не подлежит проверке. Кроме того, не существует способов извлечь из нее какую-либо новую информацию. Вместо этого она несет бесконечный поток пустых тавтологий — «мы здесь потому, что мы здесь».
Гут также отбрасывал антропный принцип, утверждая: «Мне трудно поверить, что кто-либо вообще стал бы использовать ан- тропный принцип, если бы у нас было лучшее объяснение. Мне еще предстоит услышать, к примеру, об антропном принципе в мировой истории... Люди занимаются антропным принципом, когда они не могут придумать чего-то лучшего».

Вдобавок Вселенная должна существовать достаточно долго, чтобы могла работать эволюция, и т.д. Иногда этот аргумент используется в связи с положениями инфляционной теории. В соответствии с ними получается, что, хотя исходное состояние может и не претерпевать инфляцию, чтобы дать нам сглаженную Вселенную вроде той, которую мы наблюдаем, нам достаточно иметь некоторую малую область начального пространственно- временного «многообразия» сразу после Большого взрыва, достаточно гладкую, чтобы в ней имела место инфляция, при этом вся нынешняя наблюдаемая Вселенная возникает как результат инфляции этой малой гладкой области.

Рассуждение звучит   приблизительно так: «Чтобы могла существовать разумная жизнь, нужна большая Вселенная с временными масштабами, достаточно большими, чтобы могла иметь место эволюция в благоприятных условиях, и т. д. Для этого необходима инфляция, начинающаяся из нашей малой гладкой начальной области, которая, начавшись, дает нам удивительно огромную наблюдаемую Вселенную, которую мы знаем».

Эта картина выглядит настолько романтической, что, казалось бы, полностью невосприимчива к какой-либо научной критике. Я так не считаю. Вернемся к той необычайной степени точности (или к «тонкой настройке»), которая представляется необходимой, чтобы получить тот Большой взрыв, последствия которого мы наблюдаем. Необходимая точность, относящаяся к объему фазового пространства, составляет по меньшей мере одну часть на $10^{10^{123}}$ . Показатель $10^{123}$  соответствует энтропии черной дыры с массой, равной массе наблюдаемой Вселенной. Но действительно ли нам нужна вся наблюдаемая Вселенная, чтобы могла возникнуть разумная жизнь? Это представляется маловероятным. Трудно представить себе, чтобы для

Начальное состояние Вселенной совершенно общего  вида не претерпевает инфляцию, но мы можем найти малую начальную область,  достаточно гладкую, чтобы в результате инфляции возникла Вселенная, которую мы  наблюдаем.

Рис. 1. а) Начальное состояние Вселенной совершенно общего вида не претерпевает инфляцию, но мы можем найти малую начальную область, достаточно гладкую, чтобы в результате инфляции возникла Вселенная, которую мы наблюдаем (цена $10^{10}$). б) Насколько обширная Вселенная нужна в действительности для существования разумной жизни? Неизмеримо «дешевле» обошлось бы появление разумной жизни, если бы “создатель” произвел Вселенную в одну десятую ее линейного размера (цена всего $10^{10^{117}}$ ). в) Чтобы создать так же много разумных существ, как и в случае а, “создателю ”  гораздо дешевле просто произвести $10^3$ независимых экземпляров «меньшей» Вселенной (случай б) (по «дешевой» цене $\left (10^{10^{117}}\right )^{1000}=10^{10^{120}}). $ Таким образом, антропный принцип не объясняет явной расточительности инфляции.

 этого требовалось что-нибудь даже за пределами нашей Галактики. Хотя и возможно, что разумная жизнь есть очень редкое явление, и потому для ее надежного появления необходимо несколько большее пространство. Проявим щедрость и потребуем, чтобы область радиусом в одну десятую расстояния до края наблюдаемой Вселенной напоминала ту Вселенную, которую мы знаем, при этом нас не будет заботить, что происходит вне этой области. Область фазового объема можно вычислить так же, как это было сделано раньше. Мы получим, что масса этой области составляет $10^{-3}$ того, что было раньше; это дает энтропию черной дыры, составляющую $10^{-6}$ от прежней. Таким образом, точность, требующаяся от нашего «создателя», чтобы построить эту область меньшего объема, составляет теперь лишь

одну часть на $$10^{10^{117}}.$$

 Взглянем на рис. 1б. Наш “создатель” теперь требует заметно меньшей, чем раньше, «малой гладкой области» начального «многообразия». Создатель гораздо скорее наткнется на эту меньшую гладкую область, чем на несколько большую, которую мы рассматривали раньше.

Предполагая, что в малой области инфляция действует так же, как в большой, но создает пропорционально меньшую Вселенную, можно оценить, насколько чаще   Создатель наткнется на малую область, нежели на большую. Эта величина не превышает
$$10^{-10^{117}}:10^{-10^{123}}\approx 10^{10^{123}} $$

 (в пределах точности, выражаемой наибольшим показателем). Видно, что для Создателя было бы крайне расточительно (с точки зрения вероятности) заниматься построением лишней удаленной части Вселенной, которая в действительности не нужна для нашего существования, так что антропный принцип оказывается ненужным!

Некоторых читателей может обеспокоить, что из-за такой «экономии» со стороны Создателя появится меньшее число разумных существ. Существует такая проблема или нет, это все равно не объясняет, почему имеет место крайняя «расточительность». Было бы много  «дешевле», с точки зрения вероятности (оцениваемой по размеру соответствующих ящиков в фазовом пространстве), а именно в $10^{10^{123}}$ раз, создать $10^3$ меньших областей Вселенной с инфляцией (что дает нам то же число разумных существ, что и одна Вселенная большего размера), нежели одну область Вселенной большего размера (рис. 1в).

Чтобы показать, насколько слаб, в указанном отношении, антропный принцип, рассмотрим следующие факты. Жизнь на Земле определенно не нуждается непосредственно в реликтовом излучении. Фактически нам не нужна даже дарвиновская эволюция! Было бы гораздо «дешевле», в вероятностном смысле, создать разумную жизнь из хаоса, образуемого газом и излучением. (Оценки показывают, что вся Солнечная система, включая ее живых обитателей, могла бы возникнуть путем случайных столкновений частиц и излучения с вероятностью, не меньшей, чем единица, деленная на $10^{10^{60}}$ .) Число $10^{10^{60}}$ ничтожно мало по сравнению с $10^{10^{123}},$ необходимым для Большого взрыва наблюдаемой Вселенной.

Нам не требуется, чтобы Большой взрыв имел наблюдаемую однородную конфигурацию. Нам не нужен Второй закон до момента возникновения жизни. Для «Создателя» было бы гораздо «дешевле» не заниматься всем этим. Инфляция здесь не поможет. Вселенная при  «жесткой экономии», принимаемая создателем лишь для того чтобы произвести разумную жизнь, должна быть гораздо ближе к Вселенная в) б), чем к картине  а), независимо от инфляции!

Всё это есть просто подтверждение того аргумента, что не стоит предполагать, будто подходящие условия во Вселенной возникли путем некоторого случайного начального выбора. В том, с чего начиналась Вселенная, действительно есть что-то весьма особенное. Мне представляются два возможных подхода к этой проблеме. Выбор между ними есть вопрос научной позиции. Можно принять, что начальный выбор был «актом божественного творения» (чем-то вроде фантастической картины на рис. 2).

Фантастическое представление: создание Вселенной!  Тонкая игла Создателя должна отыскать крошечный ящик, всего одну $10^{10^{123}}$-ю  часть полного объема фазового пространства, чтобы получилась Вселенная с именно  таким Большим взрывом, о каком мы знаем.

Рис. 2. Фантастическое представление: создание Вселенной! Тонкая игла Создателя должна отыскать крошечный ящик, всего одну $10^{10^{123}}$-ю часть полного объема фазового пространства, чтобы получилась Вселенная с именно таким Большим взрывом, о каком мы знаем.

А можно пытаться построить научную математическую теорию, объясняющую необычайно специфическую природу Большого взрыва. Сам я определенно склоняюсь к тому, чтобы попробовать понять, как далеко мы можем продвинуться в рамках второй возможности. Мы пользуемся весьма точными математическими законами, описывающими поведение физического мира.

Оказывается, однако, что нам требуется еще что-то исключительно точное, а именно закон, определяющий саму природу Большого взрыва. Но Большой взрыв есть сингулярность пространства-времени, а наши современные теории не умеют обращаться с такими объектами.

Мы ожидаем, однако, что эта проблема будет решена некоторой квантовой теорией гравитации, в которой будут должным образом объединены законы общей теории относительности, квантовой механики и, возможно, также некоторых других пока не известных физических ингредиентов.

12 Марта 2011, 4:09    Den    17055    12

Комментарии (12):

maksimus280280  •  12 March, 21:40

Энтропия черной дыры с массой, равной массе наблюдаемой Вселенной равна 16*10^80 степени.А не такая огромная как указанно сдесь.Поэтому эта статья подтверждает антропный принцип и "экономию" Творца.

maksimus280280  •  12 March, 22:08

А насчет оценки возникновения солнечной системы 10^600 степени путем случайного столкновения,это полная чушь!!! Т.к. вероятность напечатывания текста  Гамлета обезъяной равна 1/3,4*10^183946 и даже подсчитано если вся обозримая часть Вселенной была бы заполнена обезьянами, печатающими на протяжении всего времени ее существования, вероятность набора ими одного-единственного экземпляра книги составляет тем не менее лишь величину 1/10183.800. То что тогда говорить о вероятности возникновения солнечной системы путем случайного столкновения частиц!

Den  •  13 March, 0:28

>Энтропия черной дыры с массой, равной массе наблюдаемой Вселенной равна 16*10^80 >степени.А не такая огромная как указанно сдесь.

Как известно, энтропия черной дыры равна площади поверхности её горизонта выраженной в единицах планковской площади $$S_{BH}=\frac{\pi R_H^2}{L_{pl}^2} \approx 10^{123},$$ где $R_H$ хаббловский радиус, а $L_{pl}$ планковская длина

>Поэтому эта статья подтверждает >антропный принцип и "экономию" Творца.

Откуда это следует я не понимаю.

>А насчет оценки возникновения солнечной системы 10^600 степени путем случайного >столкновения,это полная чушь!!!

Читайте внимательнее у меня написано не $10^{600}$ а совсем другая величина $$10^{10^{60}}$$

maksimus280280  •  13 March, 14:06

Как известно, энтропия черной дыры пропорциональна площади её горизонта событий:

S = \frac{Akc^3}{4\hbar G},
где A — площадь горизонта событий или 
Площадь сферы
S = \ 4\pi r^2 = \pi d^2.где r=R-хаббловский радиус,где \hbar — редуцированная постоянная Планкаc — скорость света, k — постоянная БольцманаG — гравитационная постоянная.Представления о чёрной дыре были скорректированы С. Хокингом в 1975 году.Есть и другие оценки энтропии Вселенной,но они не превышают  3,1•10104 
maksimus280280  •  13 March, 14:16

Как известно,из курса школьной математики 10^600 = 10^10^60

Oleg  •  13 March, 14:34

"Как известно,из курса школьной математики 10^600 = 10^10^60"

10^60=1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000  !!! а 10^10^60 это 10^1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 Кто-то в школе математику плохо учил!

Den  •  13 March, 14:52
maksimus280280

Школьный курс математики вас подвёл, У вас наверное недопонимание $10^{10^{60}}=10^{\underset{10^{60}}{\underbrace{10\cdots 0}}}$ это 10 в степени 10 шестьдесят нулей, т.е в этом числе $10^{60}$ нулей, а в $10^{600}$ их всего 600, то этому тут вы неправы. 

По поводу энтропии, энтропию черной дыры ввел Бекенштейт Хокинг занимался её температурой. Мы придерживаемся общепринятого подхода  S = \frac{Akc^3}{4\hbar G} именно в этом случае и получается $\sim10^{123}$ т.е тут мы солидарны.

maksimus280280  •  13 March, 19:03

запись a^{n^m} не обладает свойством ассоциативности (сочетательности), то есть в общем случае левая ассоциативность не равна правой ассоциативности (a^n)^m \ne a^\left({n^m}\right), результат будет зависеть от последовательности действий.Так что мы оба не правы,скобки надо ставить.А вообще принято слева на право.

Den  •  13 March, 20:05

maksimus280280 

В любом случае хорошо что возникают вопросы...

Андрей  •  10 March, 3:40
Расширяющийся шар соединен с внешним пространством узкой "кротовой норой". Снаружи она видна как черная дыра, и внешний наблюдатель никогда не сможет подтвердить или опровергнуть, что внутри этой черной дыры скрывается огромная раздувающаяся вселенная.
interim (Сергей Новиков)  •  29 May, 12:38

в своей недавней статейке на Мембране  я тоже пришел к выводу, что эволюция жизни (или шире - космическая эволюция жизни) определяется природой Большого взрыва в самом начале при возникновении нашей Вселенной. поэтому кину  здесь ссылочку на эту статейку, на всякий случай - может что-то покажется интересным (вышел сюда после ее публикации и обсуждения  на Мембране):

 

http://www.membrana.ru/particle/16174

interim (Сергей Новиков)  •  31 May, 14:43

на основании анализа данных по эволюции жизни на Земле в моей статейке показано, что весь процесс эволюци  жизни (в виде процесса особой организации барионной материи в некоторой области пространства Вселенной) происходит за огранниченное время - около 13.7 миллиардов лет . в течение этого времени происходят скачки/шаги  эволюции жизни (на основе барионной материи) с переходом на  новые качественные уровни ее организации. при этом времена переходов равномерно уменьшаются.  такая эволюция барионной материи  (при которой происходит  накопление  информации о нашем мирев в некой области пространства Вселенной)  стремится к особой точке во времени  - к так называемой точке Сингулярности, после которой.дальнейший ход эволюции становится неопределенным.

такая картина эволюции жизни (и всей нашей Вселенной в целом!)   напоминает и хорошо согласуется с представлениями Пьера Шардена, изложенными в его известной работе "Феномен человека" еще в 1937-1948 годах (!), где он ввел понятие точки Омега, фактически и являюшейся точкой сингулярности.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.