2015年6月29日 星期一

舊文:人擇原理 (Anthropic Principle)

    人類是一種具有高度智慧又複雜的生命,
    他們的存在需要非常優厚的條件。
    我們所處的地球正是如此一個地方:
    有水也有陸地,不太冷又不太熱,
    有合適厚度的大氧層,
    這些都和地球有合適的自轉周期和公轉軌道有關,
    地球位置,就位處太陽系一個叫「Goldilocks Zone」的有利區域內。
    另外,我們之所以存在,
    是因為宇宙的物理常數允許原子以及元素的存在,
    核力(Nuclear force)是把原子核內的粒子拉攏的力量,
    如果核力太強,則氫等較輕的元素將快速合成較重的元素,
    水就不會存在,
    相反如果核力太弱,則不會有較重如碳這樣的元素。
    其他物理參數也是如是,稍為改變一點,人類也不會存在。 (Martin Rees: "Just Six Numbers")
    地球優越的位置,以及物理參數對生命奇特的親和性,
    使人覺得宇宙好像是為了生命而存在的。


Goldilocks Zone

在天文學家哥白尼(Nicolaus Copernicus)之前,即公元16世紀,
西方的主流思想都是認為天體圍著大地運行,
大地就是宇宙的中心,
人類在宇宙中有著非比尋常的重要地位。
這種人類沙文主義結果被哥白尼一個新的太陽系模型 - 日心說,
即地球和行星環繞太陽運行所挑戰。
日心說更合地解釋了行星在天空中的軌跡,
隨著伽俐略和牛頓的補充,
以及演化論的發表,
人類在大自然中得天獨厚的地位終告蕩然無存,
我們只是宇宙中一個小小行星上演化出來的動物,
這種當今科學的主流思想被稱為「哥白尼原理」(Copernicus Principle)。


哥白尼 Copernicus

但隨人類對宇宙的理解有所增長,
近代有一部份人提出,如本文開首說的,
因智慧生命的必備條件繁多,
認為宇宙必然是為了我們如此地存在的。
這其實只是目的論論證(Teleological Argument)/設計論證(Design Argument)的現代版。

這和哥白尼原理背道而馳的論調,
被當代大多數科學家所否定,
其中一個原因,就是這個立論的提出者的存在,
使立論中提及的, 宇宙中各式各樣有利提出者存在的條件必然成立。
換一個方法說,一個觀察者不可能看到自身存在必要條件給違反,
因為如果條件給違反,觀察者就不可能存在,
所以無論條件如何不可能達成,都是必然的觀察結果。
這種觀察者的偏見,被稱為(弱)人擇原理 (Anthropic Principle)。

    "What we can expect to observe must be restricted by the conditions necessary for our presence as observers." (Branson Carter: "Large Number Coincidences and the Anthropic Principle in Cosmology")


人擇原理是一個必然成立的陳述,
但它和宇宙是否為了人類而如此存在有何關係?
根據人擇原理,無論宇宙是否為了我們存在,
我們都會觀察得到如此一個宇宙,
一個合適我們生存的宇宙(其實已知只有地球合適我們生存)。
所以我們的觀察(Goldilocks Zone,物理參數,地球特質)
並不是宇宙是否為了我們存在的證據。

打一個比喻:想像一個人問
「為什麼我今早看見的是AG2821的車牌,而不是其他號碼,
或者一個車牌也看不見?
所以那AG2821車牌是故意讓我看見的。」
由於無論AG2821車牌是否"故意"讓他看見,
他是一個已經看見AG2821車牌的人,
所以看見AG2821車牌並不是AG2821車牌是故意讓他看見的證據。
(另外一個例子是「為什麼我是我母親的孩子,而不是別人的。」)

可想而知有很多人不會滿足於這樣一個解釋,
哲學家John Leslie說
「假設100個神槍手向你射擊,然後你發現你還活著,身上一個彈孔也沒有,你如何解釋?」
他的意思是,根據人擇原理,你還活著的必要條件是100個神槍手都射失,
那麼100個神槍手都失手並不是他們故意射失,
槍枝失靈,或者是其他合理解釋的證據。
不消說,這是難以讓人信服的。

那麼人擇原理是否已經走上末路?
我的答案是:看你怎看。
如果說人擇原理沒有理會人類存在條件的或然率,
我會回答是,但不代表宇宙學的目的論論證有。
而且人擇原理的確(消極地)回應了目的論論證既有的弱點,
即其本身只著重對人類有利的條件的描述,
而這種主觀性可以用於任何一種已知的存在物,
甚至可以用來論證宇宙是為了黑洞的存在:
"因為物理常數的值有只要所改變,黑洞就不會存在,所以宇宙是為了黑洞而存在的。"

另一班科學家認為人擇原理太消極,
他們檢視了智慧生命出現的或然率,
而重新發現類似哥白尼原理的結果:
我們現在知道宇宙中有超過一千億個星系(galaxy),
(http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/021127a.html)

每個星系都有極多恆星,當中有許多如太陽年齡的,
NASA在2009年初估計,單在銀河系中,就有以千億計地球大小的行星。
http://edition.cnn.com/2009/TECH/space/02/25/galaxy.planets.kepler/index.html

還有,NASA的科學家認為,因為最近發現生命的強韌性(如在海底火山發現的生命),
Goldilocks Zone已擴大至數千萬公里闊(地球直徑約25000公里)
http://en.wikipedia.org/wiki/Habitable_zone

至於宇宙常數,科學家利用電腦模擬具不同物理性質的宇宙,發現約四分一都擁有星體,
這些星體可孕育不同的生物。
http://www.newscientist.com/article/mg19926673.900


我們的宇宙,我們的地球,可能不是真的那麼稀奇。


在生物學上,我們知道,物種在演化中有適應環境的特性,
那麼說宇宙為了適應生命,就是本末倒置的說法。

古生物學家Stephen Jay Gould說:

    說宇宙為了生命而如此存在,
    就等於說香腸有如此形狀是為了方便放進熱狗,
    又或說船的製造是為了讓藤壺依附。


說宇宙為了生命而如此存在,就等於說香腸有如此形狀是為了方便放進熱狗。

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