Historia pewnego pomysłu.

Pół wieku temu Robert Dicke z Uniwersytetu w Princeton, zastanawiając się nad pytaniem, dlaczego Wszechświat jest taki stary, doszedł do dość nieoczekiwanego wniosku (nazwanego później zasadą antropiczną), że jest tak dlatego, ponieważ... my istniejemy! Rzeczywiście, pierwiastki ciężkie produkowane są we wnętrzach gwiazd, które po upływie czasu rzędu kilku miliardów lat (a więc porównywalnego z wiekiem Wszechświata) eksplodują jako supernowe, rozsiewając wkoło tlen, azot i węgiel. Zatem, gdyby wiek Wszechświata był znacznie mniejszy – nie byłoby pierwiastków ciężkich, bez których powstanie życia byłoby niemożliwe. Gdyby natomiast Wszechświat był znacznie starszy, cała materia zostałaby zamieniona w bezużyteczny żużel i trudno byłoby wykrzesać życie z kosmicznego śmietnika, zawierającego jedynie gwiazdy neutronowe, białe karły i czarne dziury.

Dicke zauważył również, że w podobny sposób można „wytłumaczyć” płaskość (lub inaczej: stosunek efektywnej energii potencjalnej do energii kinetycznej ekspansji równy jedności) oraz izotropię i jednorodność Wszechświata. Okazuje się przy tym, że gdyby po pierwszej sekundzie życia Wszechświata energia kinetyczna była zaledwie o jedną milionową większa od potencjalnej, to później energia kinetyczna ekspansji zdominowałaby energię potencjalną tak dalece, iż uniemożliwiłoby to powstanie galaktyk, ponieważ całkowita energia obłoków będących „zarodziami” galaktyk byłaby dodatnia. W takim modelu również gwiazdy nigdy nie mogłyby powstać i nie zostałyby wytworzone pierwiastki ciężkie, bez których nie jesteśmy w stanie wyobrazić sobie życia.

Gdyby natomiast po owej pierwszej sekundzie stosunek energii potencjalnej i kinetycznej był większy od 1 zaledwie o jedną milionową, to Wszechświat zacząłby się kurczyć już po upływie 100 tysięcy lat od wielkiego wybuchu. Ekspansja zostałaby zatrzymana przy temperaturze rzędu   K, po czym rozpocząłby się etap kurczenia i ponownego wzrostu temperatury. W takim Wszechświecie byłoby nam zdecydowanie za gorąco, a poza tym również nie mogłyby w nim powstać gwiazdy i pierwiastki ciężkie. Wszechświat silnie niejednorodny i anizotropowy byłby również nieprzyjazny życiu: w okolicy roiłoby się od czarnych dziur o wielkich masach, fal uderzeniowych i strumieni twardego promieniowania gamma.

Problem wyboru warunków początkowych zbliżony jest do problemu wyboru odpowiednich wartości dla stałych fizycznych. W obu przypadkach znane obecnie prawa fizyki nie dostarczają kryteriów wyboru. Nie wiadomo na przykład, dlaczego stała struktury subtelnej

(gdzie  oznacza ładunek elektronu, a   stałą Plancka), określająca siłę oddziaływań elektromagnetycznych, jest rzędu   Oddziaływania grawitacyjne opisać można za pomocą analogicznej „stałej sprzężenia”

(gdzie  oznacza masę protonu, a   stałą grawitacyjną) równej   Oddziaływania grawitacyjne są znacznie słabsze od elektromagnetycznych: stosunek siły kulombowskiej do siły grawitacji działającej między dwoma protonami wynosi

Czy można to „wyjaśnić”, posługując się zasadą antropiczną? Okazuje się, że odpowiedź na to pytanie jest twierdząca. Wykazał to na początku lat siedemdziesiątych XX wieku Brandon Carter z Uniwersytetu w Cambridge (Wielka Brytania). Otóż nasze Słońce zajmuje na diagramie Hertzsprunga–Russella położenie między błękitnymi olbrzymami (które żyją krócej) a czerwonymi karłami (żyjącymi dłużej). Jedynie gwiazdy typu Słońca spełniają jednocześnie dwa warunki, które wydają nam się niezbędne do tego, aby w ich otoczeniu mogło rozwinąć się życie: mają tempo ewolucji bardziej powolne od tempa ewolucji biologicznej (przynajmniej nam znanej) i świecą dostatecznie jasno, aby planeta znajdująca się na stabilnej (a więc dostatecznie odległej) orbicie mogła być ogrzana na tyle, aby umożliwić spontaniczne tworzenie się cząsteczek organicznych.

Carter zauważył, że gdyby wartość   była o   większa od wartości obserwowanej, wszystkie gwiazdy byłyby czerwonymi karłami, gdyby natomiast była o tyle mniejsza – Wszechświat wypełniony byłby jedynie błękitnymi olbrzymami. Podobny efekt wystąpiłby, gdyby wartość   była równa obserwowanej, natomiast   byłaby odpowiednio mniejsza o rząd wielkości od wartości obserwowanej (czerwone karły) lub większa (błękitne olbrzymy).

Szczęśliwych koincydencji, takich jak obserwowany stosunek jest więcej. Na przykład, gdyby stała sprzężenia dla oddziaływań jądrowych była nieco mniejsza od obserwowanej, okazałaby się niewystarczająca do tego, aby związać protony i neutrony. Istnienie pierwiastków cięższych od wodoru byłoby wówczas niemożliwe. Stabilne pierwiastki ciężkie nie istniałyby również, gdyby różnica mas neutronu i protonu nie była w przybliżeniu równa podwojonej masie elektronu. Tak precyzyjne dostrojenie warunków początkowych oraz stałych fizycznych, umożliwiające powstanie życia, stwarzają poczucie celowego działania. Z wrażeniem tym Carter poradził sobie tak, jak Darwin poradził sobie z koncepcjami Lamarcka. Wprowadził on pojęcie „zespołu statystycznego” wszechświatów, które Dicke i Peebles interpretują następująco:

Proszę sobie wyobrazić zabawę w rosyjską ruletkę, w której bierze udział bardzo duża liczba osób używających losowo rozdanych nabitych i nienabitych rewolwerów. Pod koniec tej morderczej zabawy znakomity probabilista po dokonaniu wyczerpującej analizy statystycznej dojdzie do wniosku, że prawdopodobieństwo przypadkowego wyciągnięcia nienabitych rewolwerów przez pozostałych przy życiu graczy jest bardzo wysokie. A teraz proszę sobie wyobrazić zespół wszechświatów wszystkich rodzajów. Nie powinno nas dziwić, że nasz Wszechświat nie jest „typowy”, ponieważ uśrednione po zespole cechy takiego wszechświata z powodzeniem mogą okazać się wrogie życiu. Możemy być obecni jedynie w takim wszechświecie, który czyni zadość naszym potrzebom.

Inaczej mówiąc, gdyby warunki początkowe i stałe fizyczne nie były dobrane w sposób właściwy, to nie miałby kto zadać pytania, dlaczego Wszechświat jest taki, jakim go widzimy.

Wygląda na to, że posługując się zasadą antropiczną, można udzielić odpowiedzi na wszystkie kłopotliwe pytania. Czy rzeczywiście? Wróćmy do rozumowania Dickego, przedstawionego na początku. Z rozumowania tego wynika, że wiek Wszechświata nie może być dowolny. Zmniejszanie stopnia dowolności w wyjaśnianiu zjawisk przyrody zawsze było celem nauki i w tym sensie w takim rozumowaniu nie ma nic niezwykłego; tym, co odróżnia jego sposób myślenia od konwencjonalnego, jest struktura logiczna jego argumentów.

Dicke nie wyprowadza swoich wniosków z żadnej fundamentalnej teorii ani nie przewiduje wyników przyszłych doświadczeń, lecz przeciwnie, „odwraca kota ogonem”, używając naszej wiedzy o obecnym stanie Wszechświata (istnienie życia) jako wyjaśnienia faktów związanych z jego przeszłością. Jest to zatem rodzaj przewidywania przeszłości opartego na przyszłości tej przeszłości. Wygląda to bardziej na błędne koło niż na wyjaśnienie czegokolwiek. Zamiast powiedzieć „rzeczy są takie, jakie są, ponieważ były takie, jakie były”, mówimy, że „rzeczy są takie, jakie są”. Czy zatem nie są to po prostu, jak mawiał Kubuś Puchatek...

Wielkie myśli o niczym?

Liczba zarzutów, które można skierować pod adresem zasady antropicznej, jest doprawdy imponująca. Po pierwsze, są to zarzuty, o których była mowa przed chwilą (metodologiczne). Po drugie, lwia część argumentów, którymi posługują się zwolennicy zasady antropicznej, oparta jest na wątpliwym założeniu, iż znamy ogólne warunki niezbędne do powstania życia, podczas gdy w rzeczywistości cała nasza (bardzo skromna!) wiedza na ten temat dotyczy jedynie możliwości powstania życia tu, na Ziemi. Wreszcie, po trzecie, zasada antropiczna (a zwłaszcza jej najbardziej radykalne wersje) oparta jest na założeniu, że istnieje wzajemnie jednoznaczna odpowiedniość między istnieniem świadomych obserwatorów a warunkami początkowymi oraz stałymi fizycznymi. O tym, że tak nie jest, można się przekonać, wymyślając wszechświaty, które powinny wyprodukować takich samych obserwatorów, mimo iż różnią się pod względem warunków początkowych lub stałych fizycznych. Jeden z takich modeli został zaproponowany przez Peeblesa i Dickego, którzy doszli do wniosku, że jak na wymagania zasady antropicznej Wszechświat jest przesadnie rozbudowany; właściwie pojedyncza galaktyka zanurzona w asymptotycznie płaskiej przestrzeni powinna wystarczyć.

Mimo tych wszystkich zarzutów trudno jest uznać rozważania oparte na zasadzie antropicznej za całkowicie jałowe. Nawet gdyby cała „ideologia” dorabiana do tej zasady okazała się w końcu fałszywa, pozostaną zagadkowe koincydencje, na które jej zwolennicy zwrócili uwagę, i które tak czy owak wymagają uzasadnienia. Dalsze losy zasady antropicznej będą zależały od tego, czy i w jakim stopniu koincydencje te uda się wytłumaczyć, wychodząc od „pierwszych zasad” jakiejś (nieznanej obecnie) fundamentalnej teorii. Jeżeli program taki się powiedzie, to udziałem zasady antropicznej będzie to samo, co stało się udziałem koncepcji vis vitalis, eteru, flogistonu, cieplika itd.

Skrót i redakcja: K.T.