Il principio antropico nella fisica

È a Laplace che di solito viene attribuito per primo il determinismo scientifico postulante chiaramente: dato lo stato dell'universo in una volta, un insieme completo di leggi determina pienamente sia il futuro che il passato. Questa cosa è stata ulteriormente portata avanti e inizia a convergere da qualche parte sotto forma di messa a punto del nostro universo e la messa a punto in avanti converge nel principio antropico

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La scienza classica si basa sulla convinzione che esista un mondo esterno reale le cui proprietà sono definite e indipendenti dall’osservatore che le percepisce. Ma la scienza quantistica è un mondo diverso. La meccanica quantistica si evolve con le interpretazioni più che altro.

È a Laplace che di solito viene attribuito per primo il determinismo scientifico postulante chiaramente: dato lo stato dell’universo in una volta, un insieme completo di leggi determina pienamente sia il futuro che il passato. Questa cosa è stata ulteriormente portata avanti e inizia a convergere da qualche parte sotto forma di messa a punto del nostro universo e la messa a punto in avanti converge nel principio antropico.

Il concetto è così complesso che se facciamo un piccolo passo avanti senza un’attenta considerazione e analisi finiremo per sconfinare nella teologia e nella filosofia. Ad esempio, secondo i principi della fisica quantistica, che è un’accurata descrizione della natura, una particella non ha né una posizione definita né una velocità definita a meno che, e fino a quando, tali quantità non siano misurate da un osservatore. E la stessa cosa, oltrepassando il confine della scienza, diventa realismo in filosofia. Lo stesso vale per il principio antropico. Il principio antropico pretende di spiegare l’universo che vediamo a causa del “bias di selezione”. Questo è calcolabile, ma non verificabile.

Questo è il motivo per cui ci limiteremo alla fisica.

In parole povere, esistiamo per osservare l’Universo e che l’Universo è progettato in modo tale da ammettere la nostra esistenza. Questa è l’essenza del Principio Antropico.

Evoluzione

In risposta al tentativo del fisico inglese Paul Dirac del 1937 di spiegare alcune coincidenze osservate tra i valori di diverse costanti naturali postulando che la forza di gravità si indebolisce con il tempo, l’idea fu originariamente avanzata dal fisico americano Robert Dicke nel 1957. Dicke dimostrò che queste sincronicità equivalgono alla necessità che gli esseri umani esistano in un punto della storia dell’universo in cui il carbonio ha avuto il tempo di originarsi nelle stelle. Pertanto, l’estremo suggerimento di Dirac era del tutto superfluo.

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Ora capiamo il principio……

Principio antropico

L’osservatore e l’osservato costituiscono la base di questo principio. Il principio antropico è stato proposto in Polonia nel 1973 da Brandon Carter nel giorno del compleanno di Copernico.Chiamato anche “effetto di selezione dell’osservazione“, è un’ipotesi. I fautori del principio antropico sostengono che spiega perché questo universo è così antico e possiede le costanti fisiche fondamentali necessarie per supportare l’esistenza cosciente, poiché se uno dei due fosse diverso, non saremmo qui per registrare osservazioni.

Carter e altri hanno sostenuto che la vita come la conosciamo non sarebbe possibile nella maggior parte degli universi possibili. In altre parole, l’universo in cui ci troviamo è messo a punto per permettere la vita.
Carter ha definito due forme del principio antropico, una “debole” che si riferiva solo alla selezione antropica di luoghi spazio-temporali privilegiati nell’universo, e una forma più controversa “forte” che si rivolgeva ai valori delle costanti fondamentali della fisica.

Principio antropico debole

La nostra posizione nel tempo e nello spazio nell’universo è necessariamente privilegiata nella misura in cui è compatibile con la nostra esistenza di osservatori. Oppure c’è la giusta quantità di complessità e tempo per l’evoluzione dell’intelligenza.

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Principio antropico forte

L’universo (e quindi i parametri fondamentali da cui dipende) deve essere tale da ammettere la creazione di osservatori al suo interno a un certo punto. Oppure il nostro Universo ha queste condizioni perché “deve” averle per avere una vita intelligente per prosperare.

E questa versione forte del principio antropico è contraria al principio copernicano e aggiunge un posto speciale o centrale per la vita intelligente nell’universo.

Questo dilemma della gamma estremamente ristretta di valori per le costanti fisiche che porta all’evoluzione di esseri coscienti come noi, è l’Universo finemente sintonizzato o il principio antropico.

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Alcuni fisici credono che ci sia qualcosa per gli esseri umani nell’universo quando diamo uno sguardo profondo ai parametri dell’universo (costanti).
Se i parametri che definiscono il nostro universo fossero stati impostati in modo diverso – allora il nostro universo sarebbe stato diverso – non ci sarebbero stelle, galassie e persino vita.

I fisici hanno osservato che se la forza elettromagnetica fosse leggermente indebolita nel nostro universo, il nostro Sole esploderebbe. Se la forza nucleare fosse più debole o più forte, gli elementi più pesanti che supportano la vita non si formerebbero. Se gli elettroni fossero stati più pesanti, le molecole di DNA non si sarebbero formate. Se i protoni fossero stati leggermente più pesanti non ci sarebbero stati affatto atomi. Se l’energia oscura fosse stata molto più forte dall’inizio, non ci sarebbero galassie.

Ma semplicemente non succede. Tutto sembra così perfetto, vero? Ma, c’è di più in questo.

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Fisica quantistica e principio antropico

Prima di entrare nell’argomento, comprendiamo alcuni importanti concetti della fisica quantistica, in particolare l’interpretazione di Copenaghen.

Sappiamo che una particella si comporta come un’onda e non ha una posizione fissa nello spazio. Possiamo solo parlare delle possibilità/probabilità di trovare una particella in un luogo particolare. L’equazione di Schrodinger è un’equazione d’onda che ci dice la posizione “possibile” in cui potrebbe essere trovata una particella.

L’interpretazione di Copenaghen, sfida la mente umana attraverso la sua predizione, “che le particelle non sono sempre in un solo stato e che possono trovarsi in più di uno stato contemporaneamente (il concetto indicato come una ‘sovrapposizione’ di stati), e così quando un individuo si rende conto dello stato in cui si trova, assume immediatamente un solo stato”.

Questo accade con l’osservazione (la funzione d’onda collassa): la particella arriva in uno stato definito. Secondo Wheeler, per causare il collasso della funzione d’onda è necessario un vero osservatore.

La prospettiva antropica è importante anche nella valutazione delle previsioni dei modelli cosmologici quantistici che fanno solo previsioni probabilistiche sulla struttura dell’universo. Per esempio:

Principio Antropico Partecipativo

Sappiamo che le interpretazioni del mondo quantistico richiedono un numero infinito di possibili realtà quantistiche.

John Archibald Wheeler ha proposto un principio antropico partecipativo. Ha detto che se l’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica viene presa sul serio, si può concludere che, poiché non si può dire che nessun fenomeno esista finché non viene osservato, potrebbero essere necessari “osservatori” per dare un significato all’universo. Ma il problema è che la possibilità è difficile da valutare, a causa dell’incertezza su come (o se) la meccanica quantistica si applica all’intero universo.

Realizzazioni del principio antropico

Ebbene, non ci sono per così dire scoperte in cui il principio antropico ha aiutato il fisico direttamente, ma indirettamente ha aiutato molto. Scopriamolo.

Fred Hoyle — Il ragionamento antropico è stato applicato con successo per la prima volta nel 1952 dall’astronomo britannico Fred Hoyle per fare una previsione sulla composizione del nucleo di carbonio. I processi nucleari che avvengono all’interno delle stelle combinano tre nuclei di elio per creare il nucleo di carbonio. Hoyle prevedeva che il nucleo di carbonio avrebbe dovuto avere un livello energetico elevato con un valore quasi uguale a quello della somma delle energie dei tre eli alla temperatura della loro fusione per essere coerente con l’abbondanza di carbonio nel cosmo. La reazione nucleare continua in queste situazioni. Dopo alcuni anni, i fisici hanno scoperto che il livello energetico del carbonio è esattamente quello previsto da Hoyle.

Critica

Come ogni teoria, il principio antropico ha sia persone a favore che persone che credono che sia completamente imperfetto e non lo considerano in grado di fare nulla con l’indagine scientifica (come supporta l’idea del multiverso, fornisce prove per il paesaggio delle stringhe, eccetera).

  • Antropico deriva da Anthropo che significa umano. Trasmette l’impressione fuorviante che il principio antropico coinvolga specificamente gli esseri umani, piuttosto che gli osservatori intelligenti in generale.
  • Scoraggia la ricerca di spiegazioni fisiche.
  • Contro il principio cosmologico: Ciò solleva una critica estrema al Principio Copernicano, l’idea che nessuna teoria scientifica dovrebbe invocare un posto o un aspetto speciale per gli esseri umani. Il principio cosmologico afferma che la porzione dell’Universo che osserviamo non è speciale o privilegiata, ma è rappresentativa del tutto. Potrebbero esistere da centinaia a migliaia di sistemi solari con caratteristiche simili in cui la vita sarebbe possibile, se non inevitabile. Viviamo semplicemente su uno di loro.

Bias di selezione ed effetto osservatore: per capirlo in modo semplice: nella scienza, vogliamo selezionare campioni (individui, gruppi, dati) — in modo che il campione ottenuto sia rappresentativo dell’intera popolazione che stiamo campionando. In realtà lo facciamo attraverso la randomizzazione. Ma è possibile selezionare i campioni in modo da far sembrare che siano casuali, quando in realtà non rappresentano la popolazione, dandoci un’immagine parziale di com’è. Questo è un pregiudizio di selezione.

A causa del principio antropico siamo stati in grado di percepire un difetto critico nella nostra scienza della cosmologia, che le nostre osservazioni implicano necessariamente effetti di selezione dell’osservatore. L’osservatore è la perturbazione di un sistema osservato dall’atto dell’osservazione. Ad esempio durante il controllo della pressione in un pneumatico di automobile; l’unico modo per farlo è far uscire un po’ d’aria, cambiando così la pressione. Allo stesso modo, nella fisica quantistica, i fisici hanno scoperto che l’osservazione dei fenomeni quantistici può effettivamente cambiare i risultati misurati di questo esperimento. Nonostante che il cosiddetto “effetto osservatore” nell’esperimento della doppia fenditura sia causato dalla presenza di un rilevatore elettronico, i risultati dell’esperimento sono stati male interpretati da alcuni per suggerire che una mente cosciente può influenzare direttamente la realtà.

A favore

Alcuni fisici considerano che la lettura e la comprensione confuse del principio antropico hanno portato a interpretazioni errate a causa di molte interpretazioni del principio. Ad esempio, dicono che la versione debole di Carter non sta parlando dell’universo come impostato intenzionalmente per l’esistenza della vita o che l’obiettivo principale della vita è l’esistenza dell’universo. Semplicemente non lo è!

Stephen Hawking — Stephen Hawking affermò che l’esistenza di altre galassie e l’omogeneità e isotropia a grande scala dell’universo sembrano in contrasto con il principio antropico forte. In seguito all’adesione al modello della Teoria M, cambiò opinione, diventando deciso sostenitore del principio antropico.