?

Log in

No account? Create an account
ushastyi
ushastyi
.............. .... ..........

Links

Октябрь 2019
    1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31

ushastyi [userpic]
Космическая эволюция

Было бы более корректно назвать эту запись "Космический естественный отбор", но так больше соответствует предыдущим сериям на тему происхождения жизни. Впрочем, сейчас разговор пойдет немного о другом, хотя в некотором роде о том же самом.

Оказывается, известный физик Ли Смолин не только один из авторов теории петлевой квантовой гравитации (я о ней несколько лет назад писал, жаль картинки потерялись). Ему принадлежит идея и теория космологического естественного отбора (CNS, Cosmological Natural Selection). Эта теория мультиверса, но организованного таким специальным образом, что она фальсифицируема (fat_crocodile и russhatter, внимание!), то есть полностью научна.

Смолин впервые высказал эту идею в 1992г, в 1999 вышла научно-популярная книга "The Life of the Cosmos", но я прочитал его более позднюю статью 2004г "Научные альтернативы антропному принципу", которая в большей степени обращена к научному сообществу. Мне кажется, что я понял основные мысли, и могу их попытаться изложить. Но заранее прошу прощения у тех, кто лучше меня понимает эти вопросы, за дилетантизм.

В первой части статьи Смолин критикует антропный принцип и произвольный мультиверс, как ненаучные, потому что не фальсифицируемые. Однако, он предлагает выход, как именно может быть устроен мультиверс, чтобы теория давала фальсифицируемые предсказания. А именно:


1. Теория мультиверса должна порождать не случайный ансамбль вселенных. Не случайность понимается в контексте неравномерности распределения фундаментальных констант физических теорий.
2. Почти все вселенные из этого ансамбля должны обладать неким свойством, которое не следует из известных законов физики либо необходимых условий для существования жизни. Т.е. вселенные без этого свойства существовать в принципе могут, и существованию жизни это не обязательно противоречит.
3. Должен быть теоретически осуществимый эксперимент по проверке выполнения этого свойства в нашей Вселенной.

Это довольно общие требования к теории, и они далеки от антропного принципа. Почему подобная теория фальсифицируема? Если будет обнаружено, что наша Вселенная не обладает указанным свойством, то это будет означать, что она не принадлежит ансамблю из пункта 1.

Осталось построить такую теорию.

Смолин замечает, что проблема фундаментальных физических констант, которых довольно много, они кажутся тонко "настроены" именно так, чтобы могли существовать галактики и звезды, напоминает проблемы, с которыми сталкивается биология, при объяснении генетического кода и сложности земных организмов. Тем не менее в биологии теория естественного отбора позволяет ответить на вопрос, почему и как развились настолько сложные системы. Смолин предлагает использовать успешную зарекомендовавшую себя методологию. А если более точно, он предлагает принять три гипотезы:

1. Вселенные рождаются и умирают в результате длинного цепного процесса (то есть одна вселенная порождает другие, и т.д.).
2. В пространстве безразмерных параметров P стандартных моделей физики и космологии существует функция выживания (fitness function) F(p) на P, равная числу новых вселенных, порожденных вселенной с параметрами p.
3. Каждая новая вселенная имеет параметры p', которые случайным образом незначительно отличаются от параметров вселенной, которая является ее непосредственным предком. Незначительно в смысле изменения F(p').

Эти гипотезы похожи на то, что происходит в биологической жизни или в искусственных генетических алгоритмах. В результате многих итераций популяция вселенных сойдется к локальному максимуму F(p ). Этого уже достаточно, чтобы сделать как минимум одно существенное наблюдаемое и фальсифицируемое предположение, которое следует из оптимальности F( p): непрерывное изменение параметров нашей Вселенной приведет в первую очередь (то есть в окрестности) к уменьшению F( p).

Все это осталось бы игрой ума, но в реальности действительно существует механизм, по которому вселенная может порождать новые вселенные с близкими, но не обязательно идентичными, свойствами. Как и почти все в космологии -- на уровне гипотезы, но гипотезы уверенной и общепризнанной. Это прыжки или отскоки черных дыр (black hole bouncing). Подробнее об этой гипотезе, но с кучей незнакомых слов есть в википедии (Космология черной дыры).

Современная космология довольно хорошо понимает условия, при которых возникают новые черные дыры. Смолин приводит некоторые фундаментальные величины, даже незначительное изменение которых разрушит или усложнит процесс образования черных дыр, а именно:
- разница между массами протона и нейтрона
- масса электрона
- масса нейтрино
- постоянная тонкой структуры и другие безразмерные константы взаимодействия
- константа взаимодействия Ферми (не знаю, как правильно по-русски: Fermi coupling constant, G Fermi)

Однако, радоваться пока что рано, так как изменения этих параметров приведут и к невозможности жизни, поэтому утверждать, что это локальный экстремум -- нельзя. Возможно, что жизнь просто не могла зародиться при другой комбинации, и нам повезло наблюдать именно эту. Фальсифицируемых предсказаний пока нет. Необходимо найти что-то, что не влияет непосредственно на жизнь, но влияет на возникновение черных дыр. Кроме того, теория должна сделать предсказание о каких-то пока еще не измеренных параметрах. Смолин приводит три таких гипотезы-предсказания. Update: более подробно гипотезы раскрыты в комментарии ниже.

1. Есть гипотеза, что для оптимального образования черных дыр масса нейтронных звезд не должны быть больше 1.5-2.5 солнечных. Почему так -- я не понял, да это и не важно. Суть в том, что если обнаружатся нейтронные звезды массой 2.5 и больше, это будет означать, что наша Вселенная не оптимальна. Когда Смолин писал статью, самая тяжелая нейтронная звезда была массой около 1.5, сейчас -- около 2.0.

2. Есть гипотеза о существовании первичных (primordial) черных дыр. Если существование таких черных дыр будет обнаружено (доказано) на самом деле (через изучение реликтового излучения, насколько я понял), и если вероятность их возникновение регулируется какими-нибудь (пока еще не известными) параметрами, и если эти параметры не оптимальны -- то это будет означать, что наша Вселенная не оптимальна.

3. Есть гипотеза, что возможны вселенные без стабильных nuclear bound states -- я не понял, что это значит по-русски. Если выяснится, что в таких вселенных, количество черных дыр больше, то это опять же будет означать, что наша Вселенная не оптимальна. Эта гипотеза, однако, делает невозможной и жизнь, поэтому вряд ли подходит под высказанные выше критерии.

Эти идеи вызвали довольно большой резонанс и полемику в научном сообществе, но до ее изучения я пока не добрался. Насколько я понимаю, пока что ни одна из трех гипотез про параметры, неоптимальность которых может уменьшить количество черных дыр в нашей Вселенной, не закрыта.

Update.

Из комментариев мне показалось, что не совсем понятная логическая цепочка, которую предлагает и обосновывает Смолин.

1. Есть общий способ построения фальсифицируемых теорий мультиверса.
2. Под этот способ из известных сегодня явлений подходит космологическая теория черных дыр (гипотеза). Ее преимущество состоит также в том, что она объясняет возникновение "тонкой настройки" фундаментальных констант (ради этого все и затеяно). Но могут быть и другие, мы ничего не знаем об этом пока.
3. В рамках этой гипотезы есть некоторые известные и потенциально могущие стать известными параметры, измерение которых сможет ее фальсифицировать.
4. Фальсифицируемость ничего не скажет о том, есть ли мультиверс, а только о том, что если он есть, то устроен другим образом.

Update 2:

Если совсем кратко, то Смолин предложил конструкцию, которая:
1) объясняет тонкую настройку многих известных фундаментальных параметров (результат "естественного отбора" по функции максимизации "выхода" черных дыр)
2) предсказывает значения или диапазоны известных, но пока неопределенных точно, или неизвестных, но потенциально возможных параметров

Comments

Я рьяно продолжаю считать, что дьявол сидит здесь:
Эти гипотезы похожи на то, что происходит в биологической жизни или в искусственных генетических алгоритмах.
И в биологии, и в генетических алгоритмах есть значительно более качественные практические средства прояснять Истину - их и применяйте. В космологии - а имеет ли вообще эта деятельность право называться наукой? - таких практических средств нет, пусть делают, что хочут. Не дискредитируйте практические разделы науки, имеющие конкретную - потенциальную или явную - пользу - и будет вам щасье.
Я совершенно не против идеи мультиверса, как практического медитативного средства, применяемого для личных нужд. Надо понимать, что мы знаем о галактиках, а что о мышах.

=== Эта теория мультиверса, но организованного таким специальным образом, что она фальсифицируема (fat_crocodile и russhatter, внимание!), то есть полностью научна. ===

Уже по этому пункту возникает подозрение, что автор про фальсификационизм слышал что-то краем уха, но не более.

Во-первых, фальсификационизм ни в коем случае не оспаривает научность теории мультиверса. Но он оспаривает её естественнонаучность. Пока (по крайней мере - в популярной версии) суть ТМ в том, что одна вселенная из другой не наблюдаема, ergo, фальсифицирующего теста нет, ergo, ТМ вытесняется из естественнонаучной парадигмы в сферу умозрительных математических конструкций.

Во-вторых, фальсифицирующий тест - Если будет обнаружено, что наша Вселенная не обладает указанным свойством, то это будет означать, что она не принадлежит ансамблю из пункта 1 - ниже всякой критики.

Каким бы свойством ни обладала наша Вселенная, это никак не говорит о наличии / отсутствии других вселенных, если мы их не наблюдаем прямо либо опосредованно.

Edited at 2014-10-05 10:24 (UTC)

1. Конечно, мы говорим о естественнонаучности, в смысле физики и космологии другой разговор не имеет смысла.

2. Мне кажется, что вы не поняли конструкцию и аргументы Смолина. Фальсифицируемость свойств или гипотез в рамках ее модели не говорит о том, что других вселенных нет, а лишь о том, что мультиверс устроен не таким образом, как предполагает теория.

Собственно, его логику можно изложить так (надо было это сделать в посте, но мне показалось, что при внимательном чтении это понятно):
1. Есть общий способ построения фальсифицируемых теорий мультиверса.
2. Под этот способ из известных сегодня явлений подходит космологическая теория черных дыр (гипотеза). Ее преимущество состоит также в том, что она объясняет возникновение "тонкой настройки" фундаментальных констант. Но могут быть и другие, мы ничего не знаем об этом.
3. В рамках этой гипотезы есть некоторые известные и потенциально могущие стать известными параметры, измерение которых сможет ее фальсифицировать.
4. Фальсифицируемость ничего не скажет о том, есть ли мультиверс, а только о том, что если он есть, то устроен другим образом.

Edited at 2014-10-05 16:21 (UTC)

Если я правильно понял 3-4, то после игры с мультивёрсами разной степени произвольности Смолин нашел конструкцию (специфического мультивёрса), позволяющую предсказывать диапазоны для на текущий момент не определённых (возможно, не открытых) фундаментальных параметров.

Дальше идея в том, что, пока они предсказываются конструкцией, она является рабочей; после ошибки просто отвергается.

Я не покупаю пока эту историю, и вот почему.
Во-первых, я не думаю, что новые фундаментальные параметры будут предсказываться / открываться в наборах, которые сделают "специфический мультивёрс" рабочим и содержательным инструментом.

Во-вторых, я не уверен, что вышеуказанная методология не есть просто техника калибровки этих самых параметров.

Я знаю Вашу позицию и не пытаюсь ее поколебать. Но хочу все же заметить, зачем Смолин пишет то, что он пишет. Он же не дурак, а один из крупнейших современных физиков.

Есть проблема -- фундаментальные физические константы. Это физическая проблема, почему природа (наша Вселенная) устроена именно так, а не иначе. Эти константы могли бы быть другими, тогда бы Вселенная была другая. Но они именно такие.

Есть теория мультиверса и антропный принцип, который делает вид, что объясняет, почему все так. Согласен, что это чисто философское соображение, не имеющие с физикой ничего общего. И Смолин, как я указал, большую часть статьи как раз об этом и пишет.

Однако, можно модифицировать теорию мультиверса таким образом, что она 1) объяснит, почему константы именно такие, какие есть, не из соображений случайности, а закономерности. 2) сделает фальсифицируемые предположения, которые могут быть рано или поздно подтверждены или опровергнуты.

Что в этом подходе не практического и не научного?

=== Это физическая проблема, почему природа (наша Вселенная) устроена именно так, а не иначе. Эти константы могли бы быть другими, тогда бы Вселенная была другая. Но они именно такие. ===

Нет никакой физической проблемы.

Другие вселенные наблюдаются обитателями других вселенных (вне зависимости от того, является ли множество обитателей конкретной вселенной пустым).

Точка.

Вы зачем-то занимаетесь дискредитацией науки. Я ещё не решил, что с Вами делать, но просто реагирую в поточном режиме. Тем более, Вы даёте мне указание.
Нет оснований говорить о том, что "что происходит в биологической жизни" имеет отношение к мультиверсу. Вот солдат, он когда глядит на кирпич - думает о бабах - и что?
Предположим, Вы лично уважаете некоего мага и чародея - я такого не исключаю и про себя, а он Вам обещает, что следующего "барабашку" он будет изучать строго по науке. Вы - пока у него не будет результатов - согласитесь считать его "учёным" - ровно на том основании, что он изявил желание им стать?
Что до генетических алгоритмов - так флаг в руки, берите наработки Смолина и применяйте! Если получится - доложитесь....
Я совершенно ничего не имею против Смолина, я имею против Ваших неоднократных и категорически необоснованных высказываний. Приводяших к сотрясениям воздуха, играм со словами, в которых смысл не появится ну никак.

Мне кажется, Вы превратно меня понимаете, придавая моим словам и записям смысл, который я в них не вкладываю. Я пишу о том, что мне показалось интересным. Это же заметки на полях.

Космологический естественный отбор никакого отношения к биологии не имеет. Название -- это метафора. Смолин позаимствовал идею, механизм, метафору. Точно так же, как эту идею позаимствовали изобретатели генетических алгоритмов. Идея работает для оптимизации параметров специальным образом устроенных ансамблей чего-либо.

> Вы зачем-то занимаетесь дискредитацией науки. <…> Я совершенно ничего не имею против Смолина, я имею против Ваших неоднократных и категорически необоснованных высказываний. Приводяших к сотрясениям воздуха, играм со словами, в которых смысл не появится ну никак.

Вот не понимаю я этого Вашего обвинения. Вы ничего не имеете против Смолина, но когда я лишь пересказал то, что он пишет в статье, то это дискредитация науки, да еще в форме моих категорически необоснованных высказываний.

P.S. На всякий случай добавлю, что я всегда рад Вашим комментариям, потому что пишу в том числе и для того, чтобы услышать мнения разных неглупых людей по поводу заинтересовавших меня вопросов.

Edited at 2014-10-06 08:19 (UTC)

Ситуация с "тремя гипотезами" выглядит несколько иначе.

1. Это даже не гипотеза, а факт того, что для нейтронных звезд существует верхний предел массы, при котором они могут быть устойчивыми (т.н. "предел Оппенгеймера-Волкова"). Поскольку уравнение состояния нейтронного вещества известно не очень хорошо, величину предельной массы можно оценить только достаточно грубо; получается, что она заключена в пределах 2-3 масс Солнца.

Соответственно, обнаружение нейтронной звезды с массой больше двух солнечных всего лишь несколько уточнит имеющиеся модели нейтронных звезд. Обнаружение нейтронной звезды с массой больше трех солнечных должно внести поправки в те же модели, но ничего более радикального отсюда, вообще говоря, не появится.

2. Все рассуждение выглядит слишком шатким. Гипотеза о существовании первичных черных дыр есть, гипотеза об их испарении (излучении Хокинга) - тоже, но вот все дальнейшее уже точно относится к категории абстрактных мечтаний.

3. Имеется в виду отсутствие стабильных атомных ядер. Соответственно, тут абстрактные мечтания начинаются с самого начала.

Вообще говоря, физическая теория должна быть не только фальсифицируемой, но все-таки еще и физической - проверяемой экспериментально/наблюдательно и позволяющей делать выводы о результатах будущих экспериментов/наблюдений. Тут ничего подобного не имеется. С одной стороны, это не очень страшно (ну мало ли кому захотелось заняться абстрактными размышлениями - пусть занимается), но, с другой, большой шум вокруг всего этого приводит к неприятным последствиям.

Одним из них является изложенное Вами мнение, что "...как и почти все в космологии -- на уровне гипотезы...". В реальности существует космология - обычный раздел науки, имеющий дело с наблюдательными результатами и успешно предсказывающий их же, а заодно существует сотрясение воздуха, один из вариантов которого мы, при всем уважении к Ли Смолину, сейчас и обсуждаем. К сожалению, второе намного более широко известно, чем первое.

Большое спасибо за комментарий по делу. У Вас было время прочитать статью Смолина, или Вы ориентировались по моему конспекту? Похоже, все же что последнее. Я попытаюсь уточнить суть гипотез Смолина, так как не являясь специалистом их, наверняка, передал неточно, но все же лучше Вам посмотреть в оригинал.

1. Смолин пишет, что есть некоторое критическое значение массы странного кварка, отвечающее за формирование нейтронных звезд. Если масса странного кварка меньше этого значения, то нейтронные звезды формируются одним способом, если больше -- другим. От способа формирования зависит масса: 1.5-2.0 солнечной в первом случае, и больше 2.5 во втором. Переход не непрерывный. Какое именно значение в нашей Вселенной и как формируются нейтронный звезды -- пока не известно. Чем меньше масса нейтронных звезд -- тем больше вероятность их образования, и больше вероятность образования черных дыр. То есть для подтверждения гипотезы Смолина о мультиверсе необходимо, чтобы "работал" первый вариант. Это фальсифицируемое предсказание.

2. Я понимаю логику Смолина следующим образом. Если подтвердится существование первичных черных дыр (через наблюдение их испарения, например), то надо будет объяснять более детально механизм их возникновения, например, вводить какое-то новое поле, отвечающее за расширение вселенной и возмущения, происходящие на начальном этапе. Это может быть либо новой теорией, либо расширением существующей. В любом случае, теория должна как-то предсказывать или объяснять количественный порядок первичных черных дыр. И он не может не зависеть от параметров. А следовательно, эти параметры могут быть оптимальными с точки зрения "выхода" первичных черных дыр или нет. Сплошные "если", но логика есть.

3. Смолин ссылается на статьи, в которых показано, что такие экзотические вселенные теоретически возможны.

> Вообще говоря, физическая теория должна быть не только фальсифицируемой, но все-таки еще и физической - проверяемой экспериментально/наблюдательно и позволяющей делать выводы о результатах будущих экспериментов/наблюдений. Тут ничего подобного не имеется.

Ну как же не имеется, когда все эти три гипотезы -- это предсказания теории (из требования максимума черных дыр), которые можно (косвенно) проверить экспериментально.

Понятно, что это все на границе. Но вопросы возникновения Вселенной -- они так или иначе всегда будут на границе. Основной посыл Смолина -- оставаться с научной стороны границы.

Я когда-то (но уже достаточно давно) читал эту статью.

1. Работе Смолина десять лет. В ней он ссылается (несколько кривовато) на работу, сделанную еще десятью годами ранее. За прошедшее время эту идею изрядно обмусолили и, в общем, если не вдаваться в мелкие детали, то можно сказать, что сейчас это всего лишь один из многочисленных вариантов подхода к уравнению состояния вещества нейтронной звезды, но не более того. Соответственно, этот путь подтверждения можно считать закрытым.

2. Такой логика будет во всех без исключения моделях описания чего угодно. При этом сложность возникает уже на первом шаге - для обоснования появления реликтовых черных дыр никаких дополнительных полей и прочей "новой физики" не требуется.

3. Теоретически возможно все. Добиться непротиворечивости какой-либо модели (а в таких рассуждениях только непротиворечивость может служить критерием истинности) очень легко, поэтому из этих результатов ничего не следует.

Основной посыл, возможно, и в этом. Но на практике, как мне кажется, Смолин эту границу давно перешел. И, кстати, не только в работах на эту тему.

P.S. Прошу прощения за попадание комментария "не туда", но у Вас какой-то очень неудобный формат оформления журнала, в котором комментарии к текстам при редактировании оказываются выше, чем то, что комментируется.

Ясно, спасибо.

А каков современный взгляд на космологию черных дыр? Он изменился за 10 лет или нет?

Я слушаю книгу Смолина Возвращение времени и сейчас нашел вашу заметку про космологический ествественный отбор. Мое личное отношение к завиральной теории Смолина гораздо более скептическое.

От научной теории я бы ожидал описание механизма явления. Почему, собственно говоря, в новой вселенной будут другие законы физики? Кто-то играет в кости при образовании новой вселенной?

Откуда вообще мы знаем, что новые вселенные образуются?

Если Вы внимательно читали Смолина или мой краткий пост, то этот вопрос не должен возникнуть. Суть в том, что в нашей Вселенной очень "странные" законы физики. Если взять биологическую метафору, то вот смотрим мы на человека и удивляемся, как природа из нескольких десятков химических элементов такое "собрала". Точно так же и с физикой. Фундаментальные физические константы "подобраны" таким образом, что и ядра устойчивы, и звезды образуются и т.д. вплоть до того, что возможна жизнь. Вопрос "почему константы именно такие" -- это один из фундаментальных вопросов теоретической физики. Никто пока не знает. Есть несколько теорий. Смолин предложил свою, достаточно необычную.

Играет ли кто-то в кости в биологической эволюции? Мутации случайны. Скрещивание случайно. Случайность в данном случае -- это не игра в кости, а результат очень неустойчивых процессов, предсказать результаты которых можно только обладая бесконечной информацией, что невозможно. В рождениями новых Вселенных примерно то же самое, считает Смолин. Механизм непонятен. Но и Дарвин не понимал механизм эволюции (изменения ДНК), что не помешало ему построить эволюционную теорию.

С моей точки зрения вопрос о тонкой настройки вселенной является классическим метафизическим вопросом, который науке не по зубам.

Могу только отметить, что в постановке вопроса "почему константы именно такие" прослеживается наследие обсуждений схоластов о волюнтаризме бога. У Аристотеля бог был просто отражением свойств вселенной, какова вселенная, таков и бог. У схоластов же христианский бог создал вселенную из ничего, при этом, как заметил Августин, бог создал вселенную вместе с пространством и временем (кстати современной космология с радостью ухватилось за решение Августина).

Так вот, при создании вселенной из ничего возникает вопрос, мог ли бог создать другую вселенную или бог был обязан создать именно такую вселенную, которую он создал. Тут мнения расходились. Одни говорили, что бог мог создать любую вселенную (волюнтаризм бога) и единственное ограничение на бога заключалось в логической непротиворечивости: нарушить законы логики было слабо даже христианскому богу. Лейбниц же (заметьте, что Смолин очень любит принцип достаточного обоснования Лейбница) выдвинул теорию о том, что бог был просто обязан создать наилучший из всех возможных миров и таким образом выбора при создании вселенной у бога просто не было.

P.S. Про ваш фундаментальный вопрос есть вот такая статья другого известного физика (доступно в Интернет)

Paul Davies, The nature of the laws of physics and their mysterious biofriendliness, Euresis Journal 5, 117-138 (2013)

Только Пол Дэвис отталкивается от интерпретации квантовой механики Джона Уилера, основанную на эксперименте «с отложенным выбором», и у него разум в поздние времена меняет законы физики во времена большого взрыва (Quantum mechanics could permit the feedback loop between mind and the laws of physics).