John Maynard Smith -- Szatmáry Eörs

A lakható világok valószínûségérõl

A kozmológusok körében az antropikus elv nagy népszerûségre tett szert. Ám a történeti magyarázat igényével szembesülõ biológusok arra kényszerülnek, hogy ezt a hajánál fogva elõrángatott hipotézisnek tekintsék.

Az antropikus elv szerint a fizikai törvényeket magyarázza az a tény, hogy lehetõvé teszik intelligens megfigyelõk kialakulását a világegyetemben, akik képesek természetüket diszkutálni. Ez a gondolat jelentõs népszerûségre tett szert a kozmológusok körében, a biológusoknak azonban fenntartásaik vannak. Ha igaz az, hogy „mi itt vagyunk, mert itt vagyunk”, az evolúciós átmenetek tanulmányozása vagy triviálisan üres vagy hiábavaló feladat. Azt hisszük, az antropikus elv legfõbb érdeme talán az, hogy a lakható világok valószínûségével kapcsolatos problémakör más, potenciálisan hatékonyabb megközelítésének megjelenését elõsegítette.

Az a gondolat, hogy a világ különösen alkalmas az élet megjelenése számára, egyáltalán nem új keletû. L.J. Henderson (1) biokémikus már 1913-ban rámutatott arra, hogy sok anyagnak, pl. a víznek is pontosan azok a tulajdonságai vannak, amelyek az élet számára elengedhetetlenek. A legtöbb biológus elvetette Henderson nézeteit, azzal érveltek ugyanis, hogy az élõ szervezetek a környezetükhöz alkalmazkodva, a természetes kiválasztódás útján fejlõdnek, nem pedig megfordítva. De azok a kérdések, amelyeket felvetett, újra a felszínre bukkantak a közelmúltban, bár új köntösben. Kiderült ugyanis, hogy a fizikai állandók értékei pont akkorák, amekkorákra szükség van ahhoz, hogy az univerzumban lehessenek csillagok, melyeknek vannak az intelligens élet hordozására alkalmas bolygóik. A „kozmológiai antropikus elvet” pontosan ennek a meglepõ ténynek a magyarázatára javasolták (2).

Az elvnek több alakja is lehetséges. A gyenge antropikus elv egyszerûen csak konstatálja, hogy egyes univerzumokat a fizikai állandók értékének szerencsétlen összejátszása folytán nem tudnánk megfigyelni, mégpedig azért, mert nem volnánk benne jelen. A gyenge antropikus elv nem egy elmélet, hanem csupán egy megállapítás, mely tudomásul veszi ezt a kivételes helyzetet.

Az erõs antropikus elv, amelyet Brandon Carter fogalmazott meg (3), már sokkal radikálisabb. Azt mondja ki, hogy az univerzumnak olyan tulajdonságai kell legyenek, amelyek megengedik, hogy a története során valamikor megjelenhessen, kifejlõdhessen benne az élet. Hogyan is kell vagy lehet ezt a különleges követelményt érteni? A legegyszerûbb értelmezés szerint, az univerzumot egy teremtõ tervezte, akinek az volt a szándéka, hogy abban az intelligens élet kialakuljon. Ez az értelmezés a természettudomány területén kívül esik. A természettudományon belül két lehetõség van. Az elsõ: csak egyetlen univerzum lehetséges logikai alapokon, a természeti állandók jegyzéke az értékeikkel együtt egy mind a mai napig még kidolgozatlan „minden-elmélet” folyománya. A második: valóban vannak az univerzum számára lehetséges alternatívák, különbözõ lehetséges megvalósulások. Ha ez így volna, akkor a megfigyelõk jelenlétének döntõ szerep jut, hiszen a kvantumfizika koppenhágai értelmezése szerint a megfigyelés aktusa választ ki egyet a lehetséges változatok szuperpoziciójából (keverékébõl). Ez az értelmezésváltozat azon a talán nem egészen megalapozott feltevésen nyugszik, hogy a Schrödinger-egyenlet -- a kvantummechanika dinamikai törvénye -- alkalmazható makroszkopikus objektumokra is. Ez az értelmezés ahhoz a meglehetõsen különös következtetéshez is elvezet minden látszat szerint, hogy a világ hullámfüggvénye nem „ugrott még össze” egy kiválasztott megfigyelõ által látott világra, mielõtt az öntudatos intelligens megfigyelõk itt a Földön (vagy már másutt) ki nem fejlõdtek.

Elismerjük a gyenge antropikus elv értékét, jelentõségét abban, hogy a kozmológiai elméletek között kiválasztási kényszert fogalmaz meg: egyes kozmológiai elméletek egyszerûen összeegyeztethetetlenek azzal a ténnyel, hogy mi is létezünk. De ez nem tekinthetõ a fizikai törvények magyarázatának, legalábbis a „magyarázat” szó közhasználatú értelme szerint. Egy eseményt magyarázni annyit tesz, mint megadni az eseményt kiváltó okokat. Ez az a jelentés, amivel a biológiai tudomány dolgozik, lehet, hogy a fizika nem így használja? Természetesen egy eseménynek lehet több oka is. Az, hogy a szív ver, mind fiziológiai magyarázatot kíván (az izmok és az idegek tulajdonságainak felidézésével), mind evolúciós magyarázatot (a hatékony véráramoltatást elôsegítõ természetes kiválasztódás ismertetésével). Az erõs antropikus elv -- úgy látszik -- kauzális jellegû magyarázat, azt állítja ugyanis, hogy az intelligens lénynek pedig létre kell jönnie. Ezt az állítást lényegében nem tekinthetjük bizonyítottnak, és nem is valószínû, hogy igaz lenne. Ha mindenképpen létre kellett jönnünk, akkor az evolúció elemzése* a magyarázatnak errõl a szintjérõl tekintve csaknem irreleváns, érdektelen.

Az evolúcióbiológia lényegében történeti jellegû tudomány. Arra törekszik, hogy a múlt eseményeit egy tudomány (a természetes kiválasztódás -- vagyis a változás, a sokasodás és az öröklõdés tulajdonságaival bíró egyedek populációdinamikája) eszköztárával magyarázza. Egy különleges eseményt, mondjuk az eukarióták keletkezését magyarázni annyi, mint megmutatni, hogy elfogadható kezdeti feltételek mellett az esemény, ha nem is elkerülhetetlenül, legalább bizonyos valószínûséggel bekövetkezik majd. A magyarázatot persze valamilyen bizonyítékokkal is alá kell támasztani. Pl. adott esetben az eukarióták keletkezésének szimbiotikus elméletét a DNS jelenléte a mitokondriumokban és a baktérium jellegû transzlációs mechanizmus támasztja alá. Nem volna kielégítõ úgy érvelni, hogy az eukarióták ténylegesen itt vannak, ezért bármilyen véletlen esemény, ami a létrehozatalukhoz szükséges -- még a legkevésbé valószínû is -- meg kellett hogy történjék!

Mint biológusok, nem örvendünk az antropikus elvnek, mert egy történeti jellegû magyarázat igényével szembesülve úgy látjuk, ez egy hajánál fogva elõrángatott valami. Vonzódunk viszont Smolin nemrég publikált elgondolásához (4), mely szerint a fizikai állandók értékét valamiféle kozmológiai természetes kiválasztódás magyarázhatná meg. Itt az a központi gondolat, hogy egy fekete lyuk kialakulása egyenértékû egy olyan új „univerzum” kialakulásával, amely okságilag a „szülõ” univerzumtól el van szigetelve. Az univerzum szó itt nem azt jelenti, hogy „minden, ami csak van”, hanem csak azt, hogy ez egy okságilag elszigetelt rendszer. Ha, mint egyszer John Archibald Wheeler javasolta, a természet törvényei az újszülött univerzumban egy kicsit eltérnek a „szülõ” univerzumbeli értékeiktõl, megvan a változás, a sokasodás és az öröklõdés tulajdonság-együttese, ami a természetes kiválasztódáshoz szükséges. Az univerzumra jellemzõ „fitness” tulajdonság -- amit a kiválasztódás maximalizál -- a keletkezõ fekete lyukak számával jellemezhetõ. Smolin azt mondja, hogy ezt a számot a természetes állandókban bármily kicsiny változás képes csökkenteni (vagy változatlanul hagyja). A fekete lyukak keltésének maximálásához szükséges fizikai állandók durván megegyeznek azokkal, amelyek a csillagok, bolygók és talán a megfigyelõk keletkezéséhez is szükségesek. Így ez az elmélet kauzális magyarázatot kínál arra a tényre, hogy a természeti állandók éppen akkorák, amelyek alkalmasak az intelligens élet megjelenéséhez.

Látunk természetesen bizonyos nehézségeket is. A legkomolyabb: a biológiában a természetes kiválasztódás modelljeiben mindig felteszik, hogy a teljes populáció mérete véges (térben, táplálék vagy bármi más tekintetben). Ez a feltételezés a valóságos populációkra -- rövid idõszakok kivételével -- igaz. A kauzálisan elszigetelt univerzumok esetében a populáció nem lenne véges. Smolin modelljében még a fekete lyukak kisebb ütemû produkciójával jellemzett, hátrányos univerzumok száma is exponenciálisan nõ. Még akkor is, ha ezek a teljes populáció egyre csökkenõ szektorát képviselik. Így ha két univerzumtípus van adva, melyeknél a fekete lyukakat létrehozó képesség különbözõ és ezzel a Malthus-féle „fitness” is, mindkét típus számossága exponenciálisan fog nõni, végtelen sokan lesznek mindkét osztályban végtelen hosszú idõ alatt. Ám az alkalmasabbnak a részaránya az egység felé tart. Ha a fizikai állandók -- amelyek a fekete lyukak létrehozatalához szükségesek -- szintén kedvezõek az élet kialakulásához, akkor annak a valószínûsége, hogy egy véletlen univerzum kedvezõ lesz az élet számára, úgyszintén növekedni fog.

(Megjelent a Nature 384. kötetében 1996 nov. 14-én a 107. oldalon. Fordította: Abonyi Iván)

Irodalom:

1. Henderson, L.J: The Fitness of the Environment (Smith, Gloucester. Massachusetts. 1913)

2. Barow. J.D. & Tipler. F.J.: The Antropic Cosmological Principle (Clarendon, Oxford, 1986)

3. Carter, B. in Confrontation of Cosmological Theories with Observation (ed. Longair, M.S.) Reidel. 1974)

4. Smolin: Class. & Quantum Grav. 9. 173-191 (1992)


* (l. John Maynard Smith & Eörs Szatmáry: The Major Transitions in Evolution, W.H. Freeman/Spektrum, 1995. Szerk.)


Természet Világa, 128. évf. 4. sz. 1997. április, 168-169. o.
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/TermVil/


Vissza a tartalomjegyzékhez