人类学论证的弱点

2020-09-11 21:35:49

物理学家经常被这样一个问题困扰:“为什么基本物理常数会有这样的值?”有时,这种担忧可以用“嗯,它必须要有一定的价值”来回答,但并不总是如此。在看似基本的常量中寻找模式的解释,是探索下一个未被发现的物理学的历史上成功的方式。

人类原理试图回答这类问题。粗略地说,人为论据是指以下形式的论据:

宇宙就是这样的,因为如果不是这样的话,我们就不会在这里讨论这个问题了。

了解到大多数物理学家至少对这种形式的论证有一点不舒服,你应该不会感到惊讶。据我所知,尼玛·阿卡尼-哈米德(Nima Arkani-Hamed)经常给出的最好的亲人类论据总结。不幸的是,我找不到视频,所以我自己彻头彻尾的拙劣复述将不得不做:

假设你走进一个房间,看到一张桌子。桌子上放着一支铅笔,笔尖完美地保持平衡。至少可以说,这不太可能。它需要解释。首先要做的是找一根绳子把它举起来,或者尖端上的胶水,或者诸如此类的东西。你查一下,没有这样的机制。接下来要做的就是环顾四周--桌子和地板上是否还有数以千计的铅笔?如果是这样,那么平衡铅笔可以合理地称为巧合。唉,一个也没有。

为了解释这支神奇的铅笔,还有最后一件事要做:看看桌子下面。有没有一枚炸弹,可以在铅笔掉落的瞬间爆炸?走到外面去:你看到数以千计被引爆的房屋的遗迹了吗?如果是这样的话,那么“铅笔是竖立的,因为如果不是这样,我们就不会在那个房间里”,这可能是正确的。

最后一张支票就是人类争论的全部内容。我们实际上不能寻找其他被炸弹摧毁的房间(那将被称为“多元宇宙”),但我们至少可以尝试寻找炸弹。

问题是,什么才算是炸弹呢?典型的例子是:如果宇宙常数比它大1倍,比如说10^{100}$,那么宇宙很快就会自我分裂。我不会在这里写这篇文章,你也不会在这里读到它。事实上,宇宙常数并不是那么大,我们当然不应该感到惊讶。

这还让你觉得不舒服吗?也许应该是这样。这类论据非常难以捉摸(就像斜坡一样)。沿着蝴蝶效应的思路思考,很明显,即使精细结构常数在$10^{10}$中只有1/4的变化,也会在地球上的进化和生命进程中建立起戏剧性的差异。在这个宇宙中,$\alpha\约为0.007297352569美元,你正在阅读一篇关于人类原理的文章;在这个$\alpha\约为0.007297352569美元的宇宙中,至少有理由猜测你不会是这样的。(好消息:在那个宇宙里,你是一个亿万富翁花花公子慈善家!)。这能(高精度地)解释精细结构常数的值吗?毕竟,即使精细结构常数相差$10^{-10}$,您也不会考虑这个问题。

这有人类论据的基本结构,但显然有问题。在另一个宇宙中,还有其他人在考虑这个问题:“为什么$\alpha$有这个值?”即使你我明确不感兴趣,这个谜题仍然存在。

那么,让我们来考虑一个宇宙,在这个宇宙中,$\alpha$相差了整整百万分之一。化学物理和核物理看起来没有本质上的不同,但蝴蝶效应再次表明,我们应该预料到地球上的情况会有很大的不同。假设智慧生命存在于地球上,但不是以任何与人类形态极其相似的形式存在。现在,“没有人类考虑这个问题”是真的。但是,再说一次,这个星球上有生命在考虑这个问题。这还不够吗?

假设$\alpha$相差十万分之一。现在地球上根本没有智能生命-相反,智能生命(如果你想知道的话,可以说是三足动物)在半人马座阿尔法星上进化!微调的问题在我们太阳系的任何地方都不会被考虑,但是银河系中有智慧的生物在考虑这个问题。说“如果$\alpha$相差$10^5$的一部分,我们就不会在这里讨论这些问题”是完全准确的,但是有人会在某个地方,所以这看起来不是一个很好的解释。

据我所知,好的人类论证的最好原型是:

你曾问过,为什么命题$P$(你觉得这是先验的令人惊讶的)在我们的宇宙中应该是正确的。你之所以能问这个问题,部分原因是$P$是真的。如果$P$为假,您将无法提出这样的问题。事实上,如果$P$是假的,智能生物就根本不会存在。因此,诸如“为什么$P$”或“为什么不是$P$”这样的问题永远不会被表达出来。由于像“我的$P$的先验概率是多少”这样的问题需要$P$为真才能被问到,所以答案只能是“您的先验概率应该接近$1$”。因此,事实上,$P$并不是先验的令人惊讶的。

问题是,这一人性化原则是极其薄弱的。人类原理的一种建议用途是解释精细结构常数。假设精细结构常数实际上相差10%-足以阻止恒星融合产生碳。当然,这将阻止碳基生命的存在;但它会阻止智能生命的存在吗?也许仍然可以问“为什么$\alpha$是那个特定值”这个问题!如果没有一个史无前例的高保真模拟另一个宇宙($\alpha=0.01美元),就很难知道这一点。那个模拟不会很快出现。

“龙蛋”这本书是以生活在中子星外壳中的智能生命为基础的。以我们目前对致密物质物理学的理解,当然不能排除这种生命的存在。那是一个与我们的环境非常不同的环境;首先,强大的表面重力和磁场使原子变形,就像精细结构常数的实质性变化一样。如果人类原理不能“解释为什么”我们不生活在中子星的表面,那么它肯定不能解释精细结构常数中的几个百分点。

这也不仅仅是“我们在创建高效的第一原理模拟方面做得很差”的又一个案例。关于元胞自动机最著名的风格化事实之一是,如果你对它们打喷嚏,它们就会变成图灵完全的。(这并不是关于元胞自动机的特殊事实,只是反映了这样一个事实,即支持复杂动力学的系统往往也支持通用计算。)。图灵完全细胞自动机可以模拟任何经典的过程,因此显示出像自我繁殖有机体一样的现象。此外,图灵完备元胞自动机可以支持计算机所展示的任何智能。原则上(当然,这太昂贵了,无法直接证明)像康威这样的细胞自动机,从一个随机的位置开始,最终应该进化出不同水平的智能-智能在我们的世界是进化上有利的,在其他世界也应该是有利的。那么,难道这样的自动机不应该能够提出问题吗?

(以康威的游戏为例,我猜问题是“为什么网格是矩形的,而不是六边形的?#34;)。

现代基础物理的框架比“它是一个细胞自动机”稍微复杂一些(这只是一个轻微的争议),但是从细胞自动机获得的直觉是粘性的:即使对物理定律进行大的修改也不应该阻止智能结构的形成。这是人类论证的根本弱点。一个恰当的人类论证应该建立在智力不能形成的基础上,但智力是相当有弹性的。几乎任何不平凡的宇宙都可以支持智慧生命,而智慧生命不可避免地会提出这个问题。

在少数情况下,这个问题可能会被绕过:如果宇宙常数太小/太大,宇宙就会在有机会发展任何类似智能的东西之前崩塌/炸成碎片。这在很大程度上独立于其他物理定律。这一要求不足以消除宇宙常数的微调问题,而且它肯定没有提供类似于对精细结构常数或标准模型的任何其他部分的解释。

我不认为这个弱点是可以修复的。智慧生命“在存在上是有弹性的”。描述宇宙的特殊基本常量不太可能是唯一允许人们抱怨微调和推测人类论点的常量。