John Maynard Smith - Szatmáry Eörs
A LAKHATÓ VILÁGOK VALÓSZÍNŰSÉGÉRŐL
(Megjelent a Nature 384. kötetében 1996 nov. 14-én
a 107. oldalon. Fordította: Abonyi Iván)
(In: Természet Világa, 128. évf., 4. sz., 1997. április, 168-169. o.)
A kozmológusok körében az antropikus elv nagy népszerűségre tett szert.
Ám a történeti magyarázat igényével szembesülő biológusok arra
kényszerülnek, hogy ezt a hajánál fogva elorángatott hipotézisnek tekintsék.
Az antropikus elv szerint a fizikai törvényeket magyarázza az a tény,
hogy lehetővé teszik intelligens megfigyelők kialakulását a világegyetemben,
akik képesek természetüket diszkutálni. Ez a gondolat jelentős népszerűségre
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 legfőbb érdeme talán az, hogy a lakható világok
valószínűségével kapcsolatos problémakör más, potenciálisan hatékonyabb
megközelítésének megjelenését elősegítette.
Az a gondolat, hogy a világ különösen alkalmas az élet megjelenése
számára, egyáltalán nem új keletű. 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 élő
szervezetek a környezetükhöz alkalmazkodva, a természetes kiválasztódás
útján fejlődnek, 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 meglepő ténynek a magyarázatára
javasolták [2].
Az elvnek több alakja is lehetséges. A gyenge antropikus elv egyszerűen
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 erős 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, kifejlődhessen benne az élet. Hogyan is kell vagy lehet ezt
a különleges követelményt érteni? A legegyszerűbb értelmezés szerint, az
univerzumot egy teremtő tervezte, akinek az volt a szándéka, hogy abban az
intelligens élet kialakuljon. Ez az értelmezés a természettudomány területén
kívül esik. A természettudományon belül két lehetőség van. Az első: 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, különböző lehetséges megvalósulások. Ha ez így
volna, akkor a megfigyelők jelenlétének döntő szerep jut, hiszen a
kvantumfizika koppenhágai értelmezése szerint a megfigyelés aktusa választ
ki egyet a lehetséges változatok szuperpoziciójából (keverékéből). 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 meglehetősen különös következtetéshez is elvezet minden látszat
szerint, hogy a világ hullámfüggvénye nem "ugrott még össze" egy
kiválasztott megfigyelő által látott világra, mielőtt az öntudatos
intelligens megfigyelők itt a Földön (vagy már másutt) ki nem fejlődtek.
Elismerjük a gyenge antropikus elv értékét, jelentőségét abban, hogy a
kozmológiai elméletek között kiválasztási kényszert fogalmaz meg: egyes
kozmológiai elméletek egyszerűen összeegyeztethetetlenek azzal a ténnyel,
hogy mi is létezünk. De ez nem tekinthető 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 elősegítő természetes kiválasztódás
ismertetésével). Az erős antropikus elv - úgy látszik - kauzális jellegű
magyarázat, azt állítja ugyanis, hogy az intelligens lénynek pedig létre
kell jönnie. Ezt az állítást lényegében nem tekinthetjük bizonyítottnak, és
nem is valószínű, hogy igaz lenne. Ha mindenképpen létre kellett jönnünk,
akkor az evolúció elemzése [*] a magyarázatnak erről a szintjéről tekintve
csaknem irreleváns, érdektelen.
----------------------------------------------------------------------------
[*] l. John Maynard Smith & Eörs Szatmáry: The Major Transitions in
Evolution, W.H. Freeman/Spektrum, 1995. Szerk.
----------------------------------------------------------------------------
Az evolúcióbiológia lényegében történeti jellegű tudomány. Arra
törekszik, hogy a múlt eseményeit egy tudomány (a természetes kiválasztódás
- vagyis a változás, a sokasodás és az öröklődés 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 valószínűséggel 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 jellegű transzlációs
mechanizmus támasztja alá. Nem volna kielégítő úgy érvelni, hogy az
eukarióták ténylegesen itt vannak, ezért bármilyen véletlen esemény, ami a
létrehozatalukhoz szükséges - még a legkevésbé valószínű is - meg kellett
hogy történjék!
Mint biológusok, nem örvendünk az antropikus elvnek, mert egy történeti
jellegű magyarázat igényével szembesülve úgy látjuk, ez egy hajánál fogva
előrángatott 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 egyenértékű egy olyan új
"univerzum" kialakulásával, amely okságilag a "szülő" 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 "szülő" univerzumbeli értékeiktől, megvan
a változás, a sokasodás és az öröklődés tulajdonság-együttese, ami a
természetes kiválasztódáshoz szükséges. Az univerzumra jellemző "fitness"
tulajdonság - amit a kiválasztódás maximalizál - a keletkező fekete lyukak
számával jellemezhető. 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
megfigyelők 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 időszakok
kivételével - igaz. A kauzálisan elszigetelt univerzumok esetében a
populáció nem lenne véges. Smolin modelljében még a fekete lyukak kisebb
ütemű produkciójával jellemzett, hátrányos univerzumok száma is
exponenciálisan nő. Még akkor is, ha ezek a teljes populáció egyre csökkenő
szektorát képviselik. Így ha két univerzumtípus van adva, melyeknél a fekete
lyukakat létrehozó képesség különböző és ezzel a Malthus-féle "fitness" is,
mindkét típus számossága exponenciálisan fog nőni, végtelen sokan lesznek
mindkét osztályban végtelen hosszú idő alatt. Ám az alkalmasabbnak a
részaránya az egység felé tart. Ha a fizikai állandók - amelyek a fekete
lyukak létrehozatalához szükségesek - szintén kedvezőek az élet
kialakulásához, akkor annak a valószínűsége, hogy egy véletlen univerzum
kedvező lesz az élet számára, úgyszintén növekedni fog.
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)