[论文解读] The status of cosmological natural selection

Lee Smolin|ArXiv.org|Dec 18, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 30被引用 29

一句话总结

本文为宇宙自然选择（CNS）提供辩护，主张其作为解释宇宙学与粒子物理学参数微调的可证伪替代方案，取代人择原理。文章认为，CNS假设黑洞形成驱动宇宙繁殖并伴随参数变化，满足科学可检验性的条件，尽管近期受到维连金等人的批评，但其依然成立，尤其因为维连金的批评依赖于关于量子引力及红外/紫外物理的极不可靠假设。

ABSTRACT

The problem of making predictions from theories that have landscapes of possible low energy parameters is reviewed. Conditions for such a theory to yield falsifiable predictions for doable experiments are given. It is shown that the hypothesis of cosmological natural selection satisfies these conditions, thus showing that it is possible to continue to do physics on a landscape without invoking the anthropic principle. In particular, this is true whether or not the ensemble of universes generated by black holes bouncing is a sub-ensemble of a larger ensemble that might be generated by a random process such as eternal inflation. A recent criticism of cosmological natural selection made by Vilenkin in hep-th/0610051 is discussed. It is shown to rely on assumptions about both the infrared and ultraviolet behavior of quantum gravity that are very unlikely to be true.

研究动机与目标

• 确立景观理论在可行实验中产生可证伪预测的条件。
• 证明宇宙自然选择（CNS）满足这些条件，从而为可观测到的物理参数微调提供一种可行的、非人择的解释。
• 批判性地评估并驳回A. 维连金近期声称证伪CNS的论点。
• 表明CNS在基于对量子引力的推测性假设的批评面前依然具有科学可检验性与稳健性。

提出的方法

• 通过识别科学可检验性的必要条件，提出一种在景观理论中生成可证伪预测的框架。
• 通过达尔文式进化类比，将CNS机制（即黑洞通过产生新宇宙并伴随物理参数微小变化）应用于宇宙学。
• 利用宇宙微波背景（CMB）和恒星演化观测数据，检验CNS对低能参数的预测。
• 通过分析其对量子引力中红外与紫外物理未验证假设的依赖性，批判维连金的论点。
• 质疑在量子引力中使用欧几里得路径积分的可靠性，指出其因普朗克尺度敏感性以及引力自由度间缺乏热平衡而不可靠。
• 采用归谬法表明，维连金的逻辑同样可用来证伪已确立的生物进化理论，从而揭示其在“平凡性原则”应用上的根本缺陷。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，具有多种可能低能参数的理论能够对可行实验生成可证伪的预测？
• RQ2 宇宙自然选择能否为允许长寿命恒星与复杂化学存在的物理常数微调提供非人择的解释？
• RQ3 维连金近期对宇宙自然选择的批判在逻辑上是否成立，还是基于对量子引力的不切实际假设？
• RQ4 在量子引力中依赖欧几里得路径积分如何影响对黑洞与宇宙生成预测的有效性？
• RQ5 能否在多重宇宙情景中一致地应用平凡性原则，而不破坏既有的科学推理？

主要发现

• 宇宙自然选择满足景观理论中生成可证伪预测的必要条件，因此具有科学可检验性。
• CNS成功解释了可观测到的物理参数微调，而无需引入人择原理，其机制基于黑洞驱动的宇宙繁殖。
• 维连金对CNS的批判失败，因其依赖于一个极不可能的假设：在哈勃尺度之外不会出现新物理，尽管早期CMB数据已暗示相反情况。
• 该批判也无效，因其依赖于欧几里得路径积分，而这类方法在量子引力中不可靠，原因在于其对普朗克尺度的敏感性，以及引力自由度之间缺乏热平衡。
• 在量子引力中使用半经典欧几里得方法所得结果，与洛伦兹路径积分不在同一普遍性类中，从而动摇了其理论基础。
• 维连金的逻辑可被同样用于证伪达尔文进化论，表明其批判建立在对平凡性原则的错误应用之上；若将该原则严格限制于天体物理生成的宇宙，则CNS可被合理保留。