IL LABIRINTO ANTROPICO

PARTE 1

1 PRIMI PASSI NEL LABIRINTO ANTROPICO

Sul finire degli anni settanta un fisico del CERN di Ginevra, Dimitri Nanopoulos, inviò alle Physics Letters B un intervento che cominciava con un'affermazione altamente evocativa: "Noi esistiamo!" [1].
Il quel lavoro l'autore constatava che la presenza di "esseri umani" imponeva dei "limiti severi" al rapporto fra il numero dei fotoni e il numero dei barioni dell'universo e, su tale base, passava a dimostrare come, per "un'ampia classe di teorie unificate", l'esistenza di sei sapori dei quark divenisse una "necessità inevitabile".
L'argomentazione addotta da Nanopoulos non era nuova. In particolare, i suoi colleghi cosmologi avevano già provveduto a coniare una terminologia con cui mettere in risalto l'esistenza di una "relazione simbiotica" fra l'uomo e l'universo [2].
In questo primo paragrafo prenderò in esame alcune definizioni molto generali del cosiddetto "principio antropico". Queste dovrebbero aiutare a fissare alcuni contenuti di fondo sulla natura di tale principio. La prima definizione è dovuta a George Ellis, secondo il quale il principio esprime

the issue of why the universe is such to admit the existence of intelligent life such as ourselves [3]

Secondo Frank J. Tipler invece:

The Anthropic Principle is the drawing of scientific inferences from a consideration of Man's Place in Nature [4]

Nella definizione più elaborata e dal carattere programmatico, di Yuri B. Balashov [5]:

The Anthropic Principle … is an attempt to deduce nontrivial consequences from the rather trivial consideration that we observe around us not some arbitrary Universe but that compatible with our existence therein

mentre, per Abramowicz e Ellis [6]:

The Anthropic Principle is a modern attempt to deal with a question as old as mankind: why does the Universe seem to have special and very peculiar properties supporting our existence?

Quest'ultima constatazione coincide con quella suggerita dallo storico della scienza Helge Kragh, secondo il quale il principio antropico è "un'idea metascientifica antica quanto la scienza ma solo recentemente divenuta una nozione alla moda in alcuni settori delle scienze fisiche" [7].
La questione diviene più intricata quando si abbandona il livello di generalità, caratteristico di tutte le definizioni menzionate, e si considerano "precetti espliciti" delle varie forme del principio antropico [8]. Il confronto fra i diversi enunciati mette infatti in evidenza l'esistenza di "principi" diversi e difficilmente conciliabili.
La domanda se sia possibile accettare le varie forme del principio antropico come sfumature diverse di un medesimo criterio fondamentale o se, invece, sia più opportuno far riferimento esplicitamente a principi diversi è già stata saltuariamente posta [9].
Alcuni filosofi della scienza hanno sottolineato che sotto la denominazione "principio antropico" sono raccolte un'intera "famiglia di proposte apparentemente unite da una singola forma di ragionamento" [10]. Ad esempio, John Earman ha scritto che:

the AP is not a single, unified principle but rather a complicated network of postulates, techniques, and attitudes [11]

mentre Ernan McMullin ha puntualizzato che:

There are "anthropic" modes of explaining apparent "fine tuning" but they do not seem to rest on a common principle [12]

Martin Rees, da parte sua, ha affermato che la scelta stessa del termine "principio" é piuttosto infelice e che - dal punto di vista del cosmologo - sarebbe più opportuno far ricorso ad un'"espressione meno pretenziosa" come anthropic reasoning [12a].
In una situazione del genere, la confusione è inevitabile. Steven Weinberg pertanto testimonia che:

there are a number of different versions of this principle, ranging from those that are so weak as to be trivial to those that are so strong as to be absurd [13]

Senza dubbio la confusione esistente è ulteriormente aggravata dal proliferare (ad opera non solo di autori diversi ma, talvolta, persino del medesimo autore in circostanze diverse) di versioni non coincidenti.
Lo stesso principio antropico debole, che è generalmente riconosciuto come non controverso o come un semplice "corollario di un truismo della teoria della conferma" (al punto che molti critici lo considerano semplicemente una tautologia), si presenta in versioni più o meno restrittive [14]. Nel seguito cercherò di mostrare che vi sono versioni non coincidenti del principio debole e confini incerti fra alcune versioni deboli e forti.


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2 DEFINIZIONI ANTROPICHE: UN'ESPOSIZIONE

Il fine di questo paragrafo è quello di fornire un campionario di "definizioni precise" per ogni forma del principio antropico. Le fonti utilizzate sono i lavori di quel "piccolo ma eminente gruppo di fisici" [15] che ha sostenuto l'importanza del principio (d'ora innanzi li chiamerò i "teorici antropici" [16]) e i contributi di alcuni filosofi della scienza.

- definizioni del principio antropico debole (Weak Anthropic Principle, d'ora innanzi WAP) [17]:

1) we must be prepared to take account of the fact that our location in the universe is necessarily privileged to the extent of being compatible with our existence as observers.

2) the observed values of physical variables are not arbitrary but take on values V(x,t) restricted by the spatial requirement that x Î L, where L is the set of sites able to sustain life; and by the temporal constraint that t is bounded by the time-scales for biological and cosmological evolution of living organisms and life-supporting environments.

3) The observed values of all physical and cosmological quantities are not equally probable but they take on values restricted by the requirements that there exist sites where carbon-based life can evolve and by requirement that the Universe be old enough for it to have already done so.

4) The observed values of all physical and cosmological quantities are not equally probable, but rather take on values restricted by the fact that these quantities are measured by a carbon-based intelligent life-form which spontaneously evolved on an earthlike planet around a G2 type star.

5) A weak principle can thus be formulated in either of two ways:
WAP1: Theories of the universe must take account of the presence in the universe of humans …
WAP2: What we observe is restricted by whatever conditions are necessary to allow the existence of observers.

6) the necessary conditions for observers to exist restricts [sic] the times and places from which the Universe can be observed.

7) in un universo che è grande o infinito nello spazio e/o nel tempo, le condizioni necessarie per lo sviluppo della vita intelligente si troveranno solo in certe regioni che sono limitate nello spazio e nel tempo. Gli esseri viventi presenti in queste regioni non dovrebbero perciò sorprendersi nel constatare che la regione in cui essi vivono nell'universo soddisfa le condizioni che sono necessarie per la loro esistenza.

Una variante del WAP, la cui definizione è proposta da John Leslie, è il "principio antropico super debole" [18]:

If intelligent life's emergence, NO MATTER HOW HOSPITABLE THE ENVIRONMENT, always involves very improbable happenings, then any intelligent living beings that there are evolved where such improbable happenings happened. In a large enough universe it could be very likely that intelligent beings existed somewhere even if their existence could come about only in locations where very unlikely occurences had occurred; and obviously it would be those locations which they observed when they crawled from the primeval time.

Esistono denominazioni alternative a "principio antropico debole", legate al fatto che il termine "antropico" è apparso talvolta suggerire un pregiudizio verso eventuali specie intelligenti extraterrestri.
Carter ha proposto di chiamare il WAP: observational biassing principle o observer self selection principle e, nel 1983, ha affermato [19]:

If I have guessed that term 'anthropic principle' would come to be so widely adopted I would have been more careful in my original choice of words. The imperfection of this now standard terminology is that it conveys the suggestion that the principle applies only to mankind. However, although this is indeed the case as far as we can apply it ourselves, it remains true that the same self-selection principle would be applicable by any extraterrestrial civilization that may exist [20].

- definizioni del principio antropico forte (Strong Anthropic Principle: SAP) [21]:

1) the Universe (and hence the fundamental parameters on which it depends) must be such as to admit the creation of observers within it at some stage.

2) intelligent life must evolve somewhere in any physically realistic universe.

3) the Universe must contain life. An equivalent statement would be that the constants and laws of Nature must be such that life can exist.

4) The Universe must have those properties which allow life to develop within it at some stage in its history.

5) intelligent life is essential to the Universe.

6) it is necessary that intelligent life exist in the Universe; the presence of life is required in order that a universe model make sense.

Anche per il SAP esistono denominazioni alternative. John Leslie lo chiama psychocentric principle, mentre Carter propone l'espressione cognition principle [22].
Un caso a parte è costituito dal fisico russo I. L. Rozental. Questi infatti ritiene che la terminologia diffusasi nella "letteratura [di lingua] inglese" dia troppa enfasi all'"interconnessione fra i valori numerici delle costanti fondamentali e le forme (biologiche) complesse della materia". Tale interconnessione - afferma Rozental - "in realtà" si rivela già ai "livelli più bassi". Così anziché parlare di "vincoli" imposti dall'esistenza della complessità chimica e dalla vita, basta far riferimento a quelli derivanti dall'esistenza delle strutture stabili più elementari, come i nuclei atomici.
Rozental preferisce usare espressioni quali principle of effectiveness (o appropriateness) o expediency principle [23]. Egli è consapevole che i suoi colleghi occidentali riconosceranno dietro quella terminologia un'applicazione del SAP, ma la sua scelta terminologica gli evita quello che ritiene un passo assai dubbio: "assumere come base di un principio fisico" un concetto, come quello di complessità biologica, che è ampiamente indefinito dal punto di vista fisico.
Oltre al SAP propriamente detto vi sono comunque altre varianti "forti" del principio antropico. La prima è il cosiddetto principio antropico partecipatorio (Participatory Anthropic Principle: PAP), la cui definizione esprime l'interpretazione di John Barrow di alcune idee dovute a John Archibald Wheeler:

Observers are necessary to bring the Universe into being [24].

La seconda è il principio antropico finale (Final Anthropic Principle: FAP); del quale riporto una definizione dovuta a Barrow e Tipler [25]:

Intelligent information-processing must come into existence in the Universe, and, once it comes into existence, it will never die out.

e una del solo Tipler, che è senza dubbio il più tenace promotore del FAP [26]:

the Universe is sufficiently benign so that once intelligence first evolves, the laws of physics permit its continued existence forever.


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3 LA RICEZIONE DEI PRINCIPI ANTROPICI

I teorici antropici hanno sostenuto l'utilità, l'importanza e l'appropriatezza del principio antropico. Una nutrita schiera di critici ha invece individuato nel principio la proposta di un ragionamento falso, "storicamente antiquato", che non ha diritto di cittadinanza nella scienza fisica e il cui unico scopo pare quello di causare una "momentanea impressione di meraviglia" [27]. Molti fra tali critici hanno sottoscritto l'idea che:

Diversamente dai principi fisici consueti, il principio antropico non è soggetto a falsificazione sperimentale, e questo è un indizio certo che esso non è un principio scientifico. Non è possibile determinare sperimentalmente la sua validità, e quindi la discussione se sia vero o meno potrebbe proseguire all'infinito [27a].

Nei lavori dei teorici antropici sono spesso invocate "spiegazioni" o "predizioni" antropiche di alcuni particolari valori numerici che emergono in fisica o di certe proprietà cosmologiche prima facie sorprendenti. Secondo i critici, però, le argomentazioni antropiche non portano ad alcuna predizione concreta e non costituiscono una spiegazione nel senso dell'usuale modello covering law di Hempel e Oppenheim [28].
Non è questa la sede per sviluppare questi temi. Mi limito perciò ad accennare che buona parte dello scontro fra sostenitori e critici del principio antropico verte proprio attorno al significato di termini chiave come "spiegazione", "predizione", "retrodizione", "verificabilità" e così via [29].
Per i teorici antropici un esempio evidente di "predizione" antropica è la determinazione di Hoyle dello stato eccitato del nucleo dell'atomo di carbonio dodici intorno a 7,6 MeV sopra lo stato fondamentale; predizione che consente di "spiegare" l'abbondanza cosmica osservata di carbonio e idrogeno [30].
C'è ampio accordo nell'interpretare la predizione di Hoyle come un'applicazione del WAP [31], nonostante le opinioni personali dell'astronomo inglese sul principio antropico [32].
I lavori dei teorici antropici abbondano poi di (presunte) predizioni e spiegazioni basate sia sul WAP che sul SAP.
Nel caso del WAP, le più note sono la "spiegazione" di Dicke della coincidenza di Dirac (su cui tornerò nel seguito) e quelle basate sulla cosiddetta "coincidenza dell'età del sole" notata da Carter nel 1983 [33].
Quest'ultima è un'applicazione del WAP indirizzata principalmente ai biologi e tendente a dimostrare che lo sviluppo progressivo documentato dall'esame dei fossili (e che porta alla comparsa dell'uomo) rappresenta un esito fortemente atipico dei meccanismi dell'evoluzione darwiniana.
Secondo Carter il fatto che non si osservino esempi extraterrestri di evoluzione biologica può dipendere da un effetto di selezione antropica. Il caso terrestre potrebbe costituire infatti un'evenienza particolarmente fortunata in cui, nonostante il carattere essenzialmente stocastico dei processi evolutivi, si è giunti al livello dell'intelligenza umana entro il tempo messo a disposizione dalla scala astrofisica stabilita dalla permanenza del Sole sulla sequenza principale.
Sulla base di questa considerazione e di un "rudimentale" modello stocastico per "il processo erratico dell'evoluzione di lungo termine" [33a], sono state avanzate diverse "predizioni" antropiche. Carter ha concluso che non possono esservi stati più di due "passi critici" (la cui realizzazione cioè ha il carattere della necessità ma è intrinsecamente improbabile nell'arco di tempo a disposizione) nella linea evolutiva che ha condotto all'Homo Sapiens. Barrow e Tipler, Richard Gott III e il filosofo John Leslie hanno invece sviluppato delle ipotesi probabilistiche sul tempo futuro a disposizione della specie umana prima della sua scomparsa [34].
Le "previsioni" basate sul SAP riguardano, il più delle volte, i peculiari valori delle costanti fondamentali di natura, ma sono generalmente considerate - dagli stessi teorici antropici - come delle speculazioni da tenere distinte dalle argomentazioni deboli.
Carter stesso ha avvisato che:

It remains true however that whereas a prediction based only on the weak principle (as used by Dicke) can amount to a complete physical explanation, on the other hand even an entirely rigorous prediction based on the strong principle will not be completely satisfying from a physicist's point of view since the possibility will remain of finding a deeper underlying theory explaining the relationships that have been predicted [35].

Per sottolineare la "vulnerabilità" scientifica del SAP, Carter ha anche proposto - seguendo un suggerimento di Barrow - di far riferimento a un "postulato forte" anzichè ad un "principio" [36].
La distinzione fra WAP e SAP che, alla luce delle definizioni originarie di Carter e di Barrow, pare netta e ben definita, è però rimessa in discussione da una serie di lavori in cui la separazione fra le due forme del principio assume contorni molto più sfumati. Il problema non è di poco conto, poichè, al contrario del WAP, il SAP implica considerevoli problemi interpretativi di natura "filosofica".
Il PAP e il FAP richiedono un'ulteriore discussione. Molti autori, infatti, pur riconoscendo un qualche ruolo all'interno della speculazione fisica a WAP e SAP, ritengono invece PAP e FAP del tutto estranei a quel contesto.
Nel caso del FAP, in particolare, i commenti esistenti sono quasi sempre estremamente negativi. George Ellis, ad esempio, ha scritto di non considerarlo degno di una "discussione seria" [37], mentre Martin Gardner ha addirittura sentenziato che "sarebbe meglio" chiamarlo "CRAP, the Completely Ridiculous Anthropic Principle" [38].
Altri autori hanno invece tralasciato di occuparsi del FAP ritenendolo "collegato alla teoria dell'informazione e alla computer science" piuttosto che alla fisica [39]. Non a caso uno dei pochi a sostenere apertamente il principio di Tipler è un esperto di computazione quantistica come David Deutsch.
Quest'ultimo ha paragonato il principio antropico alla tesi di Church-Turing [40] e ha dato credito alla teoria sul futuro dell'universo fisico elaborata da Tipler sulla base del FAP.
Per Deutsch le tesi di Tipler vanno prese sul serio perché rappresentano uno dei pochi tentativi di soluzione del problema dei limiti della computazione in un universo finito.
La stragrande maggioranza della comunità scientifica ha però giudicato che considerare seriamente le idee di Tipler è "impossibile" [41].
Quest'ultimo è stato ritenuto colpevole di aver fatto:

a considerable disservice to science by making incredible claims for what science can achieve way beyond what in fact lies within its capabilities [42].

Nonostante le forti resistenze verso le speculazioni di Tipler, le quattro forme del principio antropico sin qui incontrate sono, in ultima analisi, quelle stabilitesi nella letteratura, a prescindere dalle applicazioni e dai giudizi di merito formulati su ciascuna di esse.
L'etichetta antropico è stata però usata e abusata in altre circostanze. Ad esempio, Don Page ha fatto riferimento a versioni "deboli" sia del SAP (il SWAP: strong weak anthropic principle) che del FAP (il FWAP: final weak anthropic principle [42a], mentre il matematico della Kansas State University Louis Crane [43] ha proposto un Meduso Anthropic Principle da concepirsi come una variante dell'"ipotesi di selezione naturale" di Lee Smolin [44]. Da parte sua il filosofo della scienza Peter P. Kirschenmann ha distinto delle ulteriori "forme rafforzate" del SAP, quali il TAP (teleological anthropic principle) e il MAP (many worlds anthropic principle) [44a]. Queste ultime due denominazioni non sono però che varianti del SAP estrapolate da alcuni passi del saggio di Barrow e Tipler [45].
Infine, sebbene possa apparire paradossale se si pensa che Carter introdusse la terminologia antropica come "reazione" contro l'abuso del principio copernicano, occorre segnalare persino un "principio antropico copernicano" dovuto a Richard J. Gott III di Princeton.
Dopo aver associato al WAP di Carter l'idea secondo la quale un qualsiasi individuo intento oggi a valutare le sue "osservazioni dell'Universo" non ha niente di speciale rispetto a tutti gli osservatori intelligenti, tale autore ha infatti formulato - in un lavoro apparso nel maggio del 1993 - il seguente enunciato:

the location of your birth in space and time in the Universe is privileged (or special) only to the extent implied by the fact that you are an intelligent observer, that your location among intelligent observers is not special but rather picked at random [45a].

Quest'ultima forma del principio antropico è divenuta essenziale nel recente dibattito legato al cosiddetto Doomsday Argument (per il quale rimando qui alla nota n. 34).
L'associazione fra argomenti antropici e l'assunto secondo il quale la nostra posizione è tipica risulta del resto una prospettiva abbastanza consueta nelle più recenti speculazioni sulla cosmologia inflazionaria.
Alexander Vilenkin ha ad esempio da una parte presentato lo scenario di una collezione di universi "disconnessi l'uno dall'altro" e caratterizzati ciascuno da "valori differenti di alcune delle costanti" [45b]; dall'altra, ha sostenuto che il "principio di mediocrità" è subordinato alla selezione osservativa e va perciò visto come "una versione del 'principio antropico'" [45c].
Secondo Vilenkin vi sono infinite regioni del metauniverso che presentano le condizioni appropriate allo sviluppo di civiltà intelligenti ed è necessario considerare la nostra forma di vita come una fra le "più comuni del metauniverso". Con "principio di mediocrità" occorre perciò intendere l'assunto secondo il quale la nostra è una delle "'tipiche' civiltà che vivono nel metauniverso" [45d]. Questo assunto è sfruttato dall'autore per determinare i valori "osservabili" più probabili delle costanti di natura nell'ambito della collezione di universi messa a disposizione da un approccio alla cosmologia quantistica in cui infiniti "universi" emergono spontaneamente dal nulla per effetto tunnel quantistico [45e].


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4 IL WAP COME PRINCIPIO DI SELEZIONE