Antropický princíp

Antropický princíp je súhrnný názov pre biochemickú, fyzikálnu a kozmologickú hypotézu, v ktorej sa za ústredný podnet jestvovania nášho vesmíru vo svojej súčasnej podobe pokladá existencia človeka (gr. antrópos). Ide o princíp, ktorým sa má riadiť kozmologická konštelácia všeobecných fyzikálnych zákonov a rôznych fyzikálnych konštánt tak, aby bolo zaručené, že v takomto vesmíre môže vzniknúť život, ba dokonca inteligentný život.

Antropický princíp je hypotéza, ktorá poukazuje na možnosť nenáhodnej konštelácie fyzikálnych zákonitostí a usiluje sa vidieť za existenciou takéhoto vesmíru, v akom žijeme, akýsi nenáhodný cieľ. Týmto cieľom má byť zrod inteligentného, na uhlíku založeného života – Homo sapiens. V tomto zmysle je antropický princíp využívaný najmä pri hypotéze o inteligentnom Dizajnérovi alebo je jednoducho spájaný s náboženským videním sveta, v ktorého kontexte Boh ako stvoriteľ mal „naladiť“ náš vesmír presne tak, aby došlo raz v jeho evolučnom vývoji k vzniku človeka. Popredný evolučný biológ a ateista Richard Dawkins však antropický princíp nespája s hypotézou o inteligentnom dizajne ale naopak, považuje ho za jeho alternatívu. Oxfordský profesor J.C. Lennox tento jeho postoj nazýva chybnou logikou, pretože nielenže predstavuje falošnú dilemu ako keby mali existovať len dve vzájomne sa vylučujúce alternatívy, ale na dôvažok antropický princíp podľa neho nepatrí vôbec do kategórie vysvetlení. Podľa Lennoxa antropický princíp "hovorí o tom že pre existenciu života musia byť splnené určité podmienky, ale ďalej sa nezaoberá ani tým prečo tieto potrebné podmienky sú splnené a ani tým, ako povstal život."

Hypotéza antropického kozmologického princípu bola a je často kritizovaná, pričom najviac sa jej vyčíta, že sa nedá kvalitne testovať a vedecky verifikovať, preto by mala byť projektovaná ako čisto filozofická špekulácia.

Fine-tuned universe problem

Je zaraďovaný medzi desať najväčších nevyriešených problémov fyziky. Vychádza z pozorovania, že náš vesmír má tak nastavené rôzne univerzálne fyzikálne podmienky, že umožňujú vznik štruktúr hmoty existenciu zložitého života v ňom. Navyše tieto ležia vo veľmi úzko vymedzenom pásme z množstva možností, a ak by sa zmenili len o zanedbateľné zlomky percent, tak by vesmír neumožnil vznik a vývoj hmoty, astronomických štruktúr a života, ako ich dnes chápeme. Profesor teoretickej fyziky Paul Davies hovorí: „Skutočne ohromujúca vec nie je, že život na Zemi je vyvážený na ostrí noža, ale že celý vesmír je vyvážený na ostrí noža a nastal by totálny chaos, ak by sa hociktorá prírodná „konštanta“ čo len trochu posunula.“ V súčasnosti je medzi fyzikmi a kozmológmi široko prijímaný náhľad, že z fyzikálneho hľadiska vesmír je „jemne-vyladený“ pre život a už niekoľko desaťročí sa vedie široká diskusia o možných príčinách tohto pozoruhodného javu.

Vzkriesenie antropického princípu

Vesmír, či prinajmenšom tá jeho oblasť, v ktorej žijeme, je pozoruhodne komfortná: ani príliš horúca, ani príliš chladná, iba vzácne sem zasahujú významnejšie spŕšky smrtiaceho žiarenia zo vzdialených zdrojov, ba aj nebezpečných čiernych dier je tu pomenej. Podaktorí tento komfort považujú (z hľadiska vzniku a vývoja života) za priam podozrivý. Všetko – vlastnosti atómov či molekúl, pôsobenie rozličných síl, ba i vlastnosti hviezd a galaxií sa zdajú byť vyladené práve tak, aby živým organizmom vyhovovali. Toto poznanie, opierajúce sa o hodnoverné údaje, zaujalo nielen filozofov, ale aj teológov. Preto túto pozoruhodnú, priam podozrivú vlastnosť nášho vesmíru nazvali antropickým princípom. Pre tých, ktorí sa zdráhajú prijať pre takú kontroverznú myšlienku pojem princíp, používa sa opisnejší, košatý názov: antropicky či kozmologicky jemne vyladený vesmír. Tak či onak: v probléme sa odzrkadľujú hodnoty parametrov, ktoré riadia fyzikálny svet, najmä tých, ktoré zohrávajú významnú rolu v časticovej fyzike a kozmológii. Keby sa hodnoty týchto parametrov iba nepatrne zmenili, potom by sa galaxie, hviezdy a planéty nemohli sformovať. Podľa niektorých scenárov by nevznikli ani atómy či molekuly, a teda ani zárodky života. Vesmír by bol mŕtvy. Medzi dôkazy „jemného vyladenia“ patria:

Gravitačná sila: Keby bola iba o „chlp“ silnejšia, vesmír by skolaboval dávno predtým, než by sa vyvinul život. V prípade, že by gravitácia bola iba nepatrne slabšia, hmota by sa nikdy nesformovala do takých štruktúr, ako sú hviezdy a galaxie.

Vyváženosť big bangu: Ak by boli pôvodné fluktuácie v ohnivej guli, čo vzišla z big bangu, o málo menšie, vesmír by bol tmavý a prázdny, no pri nepatrne väčších fluktuáciách by vo vesmíre bolo viac čiernych dier ako hviezd či galaxií.

Hmotnosti subatomických častíc: To, že neutrón je iba nepatrne ťažší ako protón, umožňuje existenciu vodíka. Keby bol protón nepatrne ťažší, spontánne by sa premenil na neutrón, takže by nevznikli ani atómy vodíka, no ani hviezdy. Na druhej strane, protóny sú 2000-krát ťažšie než elektróny a práve tento nerovnovážny stav dovoľuje molekulám nadobudnúť známe tvary – aj také komplexné štruktúry, ako napríklad dvojzávitnicu DNA.

Silná jadrová sila: Keby bola iba nepatrne slabšia, nedošlo by k jadrovým reakciám, ktoré generujú energiu hviezd a vo vesmíre by bol iba vodík. No o málo silnejšia jadrová sila by spôsobila, že protóny by sa párili tak intenzívne, že by obyčajný vodík neexistoval a hviezdy (také ako poznáme dnes) by sa nesformovali.

Väčšina kozmológov si uvedomuje, že v týchto fyzikálnych parametroch je „čosi tajomné“. Podaktorí vedci považujú tento stav za náhodu, akýsi „šťastný vrh kockami“. Iní hovoria: „Inak by sme tu neboli.“ To je miernejšia forma antropického argumentu, ktorá oslobodzuje majiteľa od kladenia ďalších otázok. Tretia skupina si vypomáha analógiou strieľajúcich bacharov vo väznici; všetci strieľajú do väzňa na úteku, ale ani jeden ho netrafí. Väzeň môže konštatovať, že keby ho všetci neminuli, nebol by nažive. Môže sa však zamyslieť nad tým, prečo k takejto náhode došlo. Nájdu sa pravda aj takí, čo antropickú vykomponovanosť vesmíru používajú ako argument dokazujúci existenciu Boha, „pohrávajúceho sa“ so zákonmi fyziky a zámerne stvoril vesmír, v ktorom sme sa mohli vyvinúť (tak to svojho času napísal Fred Hoyle).

Vedci, ktorí pociťujú potrebu vysvetliť záhadu jemného vyladenia vesmíru, používajú najrozličnejšie stratégie. Podaktorí veria v komplexnejšiu fyzikálnu teóriu (napríklad v dávno ohlasovanú „teóriu všetkého“), ktorá by sa mala vynoriť zo zjednotenia gravitácie a kvantovej mechaniky. Sú presvedčení, že taká teória by dokázala vysvetliť (možno) aspoň niektoré z množiny najiritujúcejších fyzikálnych a kozmologických parametrov.

Inú možnosť navrhli Andrej Linde (Stanford University) a Martin Rees (University of Cambridge). Vyrukovali s myšlienkou multiverza, podľa ktorej bol big bang, počiatok nášho vesmíru, iba jednou z množstva takýchto udalostí. Ak majú pravdu, potom analógia „kozmickej lotérie“ vôbec nie je scestná. Náš vesmír môže byť výnimočný, ale na druhej strane je iba jedným z množstva vesmírov, pričom väčšina z nich nie je tak dokonale vyladená a preto v nich nemôžu vzniknúť a vyvíjať sa živé organizmy, o inteligentných bytostiach ani nehovoriac.

Pozorovatelia vyprovokovali teoretikov

Fyzici sa dlho ostýchali hovoriť v tejto súvislosti nahlas. Linde spomína, že ešte keď pracoval v Rusku, iba niektorí kolegovia boli ochotní zapojiť sa do diskusie o antropickom princípe. V druhej polovici 90. rokov prednášal Linde o tomto probléme v USA. Organizátori ho varovali, nech o antropickom princípe radšej nehovorí, lebo ho konzervatívnejší kolegovia (ako každého, čo sa čo len zmieni o antropickom princípe) obhádžu vajcami. Linde sa nedal zastrašiť. V polovici 20-minútovej prednášky povedal: „Teraz začnem hovoriť o antropickom princípe a dúfam, že kým skončím, nestihnete skočiť po vajcia.“

Časy sa menia. O päť rokov neskoršie, v roku 2003, na pôde Kalifornskej univerzity hovorilo v rámci astronomickej konferencie na túto tému niekoľko vedcov. O niekoľko dní neskôr sa uskutočnil na Stanford University „antropický“ workshop. V októbri roku 2003 sa zišli v Clevelande najvýznamnejší kozmológovia a na búrlivej panelovej diskusii otvorili najmä tento problém. Tento živý záujem vyvolali prekvapujúce, ale mimoriadne presvedčivé dôkazy o skutočnej hodnote nenulovej kozmologickej konštanty l, ktorá donedávna vyjadrovala aktuálnu hustotu energie. Jej hodnota bola 10¹¹⁰ ergov/cm². Odstredivá sila generovaná takou hodnotou kozmologickej konštanty by však spôsobila také rýchle rozptýlenie hmoty v časopriestore, že na dnešnej oblohe by sme nevideli už žiadne hviezdy, ani galaxie.

Najnovšia, dôkladne preverená hodnota nenulovej konštanty je podstatne nižšia: 10^-10 ergov/cm². Vyplynula z početných štúdií o červenom posune galaxií; potom z čoraz presnejších hodnôt žiarenia kozmického pozadia; a napokon i z pohybu supernov typu Ia. Aj táto hodnota však astrofyzikov irituje. Linde: „Ak by bola hodnota kozmologickej konštanty rovná nule, namerané hodnoty by mali zmysel. Lenže ak je o 120 rádov menšia ako sme očakávali, ako to vysvetlíme?“

Náš a ďalšie vesmíry

Ďalším dôvodom návratu antropického princípu je rastúca popularita teórie mnohých vesmírov. Objavila sa vo viacerých formách:

• Podľa tej najjednoduchšej sa fyzikálne zákony môžu v rozličných oblastiach nášho vesmíru meniť. Možno ide o oblasti, ktoré sú také vzdialené, že (zatiaľ) z nich nedokážeme zachytiť nijaký signál.
• Podľa radikálnejšej teórie existujú oblasti časopriestoru, ktoré sú a navždy ostanú oddelené od nášho vesmíru, ako tvrdí teória „bublinových vesmírov“, vznikajúcich v nekončiacej sérii big bangov.

Táto teória nie je taká bláznivá, ako sa na prvý pohľad zdá byť. Podporuje ju teória kozmickej inflácie, podľa ktorej to, čo nazývame big bangom vzniklo ako bežná kvantová fluktuácia, ktorá sa vymanila spod kontroly – začala sa rozpínať exponenciálne. Podaktorí skeptici oponujú: „Ak inflácia vznikla raz, prečo sa neopakuje? Prečo hovoríme iba o jedinom big bangu?“

Linde vypracoval variant inflačnej teórie, v ktorom ide o „večnú infláciu“. Podľa tejto teórie je multiverzum nielen možné, ono je nevyhnutné. Vesmíry vznikajú z kvantových fluktuácií podobne ako sa tvoria bubliny vo vriacej vode. Tento náš tak perfektne vyladený vesmír je iba jedným z mnohých – odlišných – vesmírov. Linde: „Vďaka exponenciálnemu rozpínaniu krátko po zrode sa jednotlivé vesmíry vzďaľujú od seba skôr ako by bolo došlo k interakcii, takže inflácia vytvára oblasti s rozličnými vlastnosťami. V niektorých vesmíroch je vznik a vývoj života možný, v iných nie.“

Môžeme tieto extra vesmíry pozorovať?

Vzhľadom na to, že hovoríme o oblastiach časopriestoru, ktoré sú od nášho vesmíru oddelené, zdalo by sa to nemožné. Nič, čo sa v nich odohrá, nemôže ovplyvniť to, čo sa deje u nás a naopak. Viacerí prívrženci inflačnej teórie vravia, že ich ani nepotrebujú vidieť, stačí, ak uveria, že existujú, pretože sú logické.

Lindeho teória „večnej inflácie“ vznikla prirodzeným rozvinutím pôvodnej teórie Alana H. Gutha. Podľa Lindeho nové pozorovania priniesli údaje, ktoré v dohľadnom čase pomôžu presvedčiť tých, čo trvajú na tom, že fyzikálne zákony sú všade rovnaké. Viacerí oponenti teórie multiverza poukazujú na to, že nie je v súlade so zásadami Ockhamovej britvy, skúsenosti, podľa ktorej spomedzi viacerých konkurujúcich si teórií je zväčša správna tá, ktorá je najjednoduchšia. Podľa Daviesa záleží na tom, aký stupeň radikálnosti pripíše posudzovateľ tej-ktorej teórii. Jedna z radikálnych teórií pretrváva už päťdesiat rokov, pretože väčšina fyzikov už vtedy odobrila myšlienku mnohých svetov ako logickú interpretáciu kvantovej mechaniky, podľa ktorej sa akýkoľvek z možných výstupov z kvanta objaví niekde v nekonečnom vesmíre. Davies: „Od predstavy možných (do istej miery odlišných), ale izolovaných vesmírov až po predstavu multiverza, ktorého jednotlivé časti koexistujú a navzájom interagujú, bola dlhá cesta. Je na každom, ako ďaleko sa odváži zájsť po tejto ceste.“

Je multiverzum reálne?

Rees a Davies sú ešte na pochybách. Linde, ktorý pracuje na tomto probléme už dvadsať rokov, však tvrdí, že je ochotný staviť na správnosť tejto teórie hocičo.

Antropický princíp vo svetle novej fyziky

Multiverzum sa medzičasom etablovalo nielen ako zaujímavá vedecká koncepcia, ale aj ako v dohľadnom čase testovateľná hypotéza. Čo to znamená z hľadiska antropického princípu? Prívrženci multiverza pracujú dnes na predpovediach hodnôt merateľných fyzikálnych a astrofyzikálnych kvantít.

Steven Weinberg, nobelovec, ešte v roku 1987 napísal: „Ak bolo naozaj veľa big bangov s rozličnými hodnotami kozmologickej konštanty až po hodnoty odvodené z prvých princípov, vo väčšine z nich by nemal byť inteligentný život, pretože rozpínajúci sa vesmír by sa rozplynul. Big bang, z ktorého by mohol vzísť inteligentný život, by mal mať kozmologickú konštantu takú malú, aby neznemožňovala sformovanie galaxií.

Ten istý Weinberg v Astrophysical Journal (1998) napísal, že kozmologická konštanta pripúšťajúca antropický princíp, ktorú vypočítali teoretici, sa iba minimálne odlišuje od hodnoty, ktorá je výsledkom aktuálnych pozorovaní. Max Tegmark (Pensylvánska univerzita) a geniálny Ukrajinec Alexander Vilenkin (Tuftova univerzita) využili antropické argumenty na vysvetlenie hmotnosti neutrína, kolísajúcej v rozmedzí 0,05 – 2,2 elektrónvoltu (EV) – v jednotkách energie. Aj v tomto prípade namerané hodnoty podporili antropickú determináciu vesmíru.

Tieto štúdie majú však aj zaťatých odporcov. Glenn Starkman (fyzik z Case Western Reserve University): „Tieto argumenty nemajú hodnotu predpovedí, rozhodne nie vo vedeckom zmysle. Ide iba o špekulácie, ktorý nechýba dôvtip, ale pohybujú sa mimo overených faktov.“ V dejinách vedy sa neraz ukázalo, že i takéto „špekulácie“ sa ukázali byť pravdivé. Patrí medzi ne aj Einsteinova všeobecná teória relativity. Einstein po prvýkrát využil svoju teóriu pri presnej predpovedi dobre známej, ale dovtedy nevysvetlenej vlastnosti obežnej dráhy Merkúra – stáčajúceho sa perihélia. Všeobecná teória relativity sa však stala „vedeckou“ až neskoršie, potom keď úspešne predpovedala celkom nový úkaz – ohyb svetla hviezd Slnkom, ktorý bol skvelým spôsobom zmeraný počas zatmenia Slnka v roku 1919.

David Gross z Kalifornskej univerzity, ktorý rozpracúva teóriu strún, na konferencii v Clevelande v roku 2003 podrobil skeptikov ostrej kritike: „Váš postoj je defetistický, pretože tvrdíte, že vedecké potvrdenie je nemožné, ale zároveň aj nebezpečný, pretože nahrávate prívržencom `inteligentného dizajnu´, tvrdiacich, že vesmír bol stvorený Bohom „na mieru ľudských bytostí“. To zaváňa náboženstvom a náboženstvo nemožno overiť.

Fyzika na rozhraní

Koncepcia multiverza je na dobrej pomoci tým, ktorí vedia, že náš dokonale vyladený vesmír vyžaduje vysvetlenie a jednou z možností je aj to, či si môžeme byť istí tým, že základné fyzikálne „konštanty“ sú v jednotlivých vesmíroch iné. Ibaže na to, aby sme vysvetlili, čo by takéto variácie mohlo spôsobovať, potrebujeme niečo oveľa dômyselnejšie ako teórie súčasnej fyziky. Potrebujeme teóriu všetkého. Očakáva sa, že práve táto teória by mohla špecifikovať hodnoty tohto na pohľad tak skvele vyladeného vesmíru.

Nespája sa s teóriou všetkého príliš veľa očakávaní? Názory fyzikov sa rôznia. Steven Hawking je v tom čase skeptický. „Teória možno pripustí existenciu obrovského súostrovia možných vesmírov, v ktorých okupujeme antropicky dovolenú oblasť.“ Weinberg sa v Clevelande vyjadril podobne: „Nakoľko dnes dokážeme predpovedať hodnoty všetkých konštánt v prírode iba pomocou apriórnych argumentov, v prípade takých parametrov, akým je kozmologická konštanta, sa ďalej nedostaneme. To pravda neznamená, že sa máme pri vysvetlení nepatrnej hodnoty kozmologickej konštanty vzdať hľadania iných argumentov. Musíme preskúmať aj iné možnosti a antropický princíp je iba jednou z nich...“

Niektoré kozmologické parametre vyplývajú zo základnej teórie, iné môžu byť výsledkom  zhluku náhod, podobne ako fakt, že naša Slnečná sústava má práve toľko planét, koľko má a nie desať, či jedenásť. Tak či onak: nikto neverí, že takýto výberový efekt, inými slovami, spôsob úspešného vysvetlenia faktu „prečo žijeme práve na Zemi a nie na Marse, či Venuši“, si zaslúži prídavné meno „antropický“. Navyše, jedni sa nazdávajú, že príklad Slnečnej sústavy je dôkazom platnosti antropického vysvetlenia, pričom rovnako vplyvná skupina ten istý príklad považuje za dôkaz jeho vyvrátenia.

Paul Davies je presvedčený, že antropický problém by prestal byť problémom vtedy, ak by sme dokázali vyvinúť takú fyzikálnu teóriu, ktorá by zohľadnila prítomnosť života a či – pozorovateľa. V takom prípade by zákony vesmíru neboli indiferentné k faktu, či a na akom stupni vývoja existuje život. Pre skeptikov je akýkoľvek výpad smerom k antropizácii fyzikálnych zákonov cestou do slepej uličky. David Spergel z Princeton University: „Antropický princíp je intelektuálnou kapituláciou. Podaktorí sa nás pokúšajú presvedčiť, že kozmologická konštanta, či hodnoty kozmologických parametrov, teda veci, ktorým dodnes celkom nerozumieme, sú čímsi, čomu ani nikdy neporozumieme.“ Spergel podobne ako Gross má pocit, že škára medzi antropickým princípom a náboženstvom je pre poctivých vedcov priúzka. „Podaktorí sa pri zdôvodňovaní prirodzených procesov evolúcie nezaobídu bez zázrakov“, vraví Spergel.

Dnes nikto nedokáže odhadnúť, kam až prekvapujúca konjunktúra antropického princípu povedie. Kritikov má viac než dosť, ale prívržencov antropického princípu už vajcami neobhadzujú.

Externé odkazy

Astronomický portál