Удивительная космология - Шильник Лев (книги читать бесплатно без регистрации полные txt) 📗
Термин «антропный принцип» был впервые предложен профессором Кембриджского университета Брандоном Картером, одним из крупнейших астрофизиков нашего времени. Впрочем, проницательные люди обращали внимание на поразительную выверенность фундаментальных констант задолго до Картера. Так, еще в начале 50-х годов прошлого века знаменитый английский астрофизик Фред Хойл задался вопросом, каким образом рождаются углерод и кислород в звездных недрах. Ему удалось подметить любопытное численное соотношение между суммарной энергией трех альфа-частиц (или, что то же самое, ядер гелия) и уровнем энергии ядра углерода. Чтобы при слиянии трех альфа-частиц образовался углерод, эта величина должна составлять 7,7 мегаэлектронвольта. Впоследствии этот квантовый эффект был обнаружен экспериментально. А чуть позже великий Поль Дирак уловил еще одно удивительное совпадение между размерами наблюдаемой Вселенной и силой гравитации в ней, хотя эти величины никак не связаны друг с другом.
Не менее интересен и тот факт, что плотность нашего мира весьма близка к критической плотности. Если бы величина р была несколько меньше критической, рассеянное вещество, находящееся в очень разреженном состоянии, просто не успело бы собраться в массы, необходимые для формирования звезд. С другой стороны, если р больше ркр, то, наоборот, конденсация пойдет ускоренными темпами и жизнь во Вселенной (или, если говорить более строго, сложные структуры) элементарно не успеет возникнуть. И уж тем более не хватило бы времени для эволюции органического мира, которая на Земле, как известно, продолжалась несколько миллиардов лет.
Если увеличить в 100 раз численное значение гравитационной постоянной, то во столько же раз сократится время жизни Солнца. Понятно, что 50 миллионов лет явно недостаточно, чтобы на планетах Солнечной системы возникла биосфера. При других значениях константы электромагнитного взаимодействия потеряет стабильность протон – фундаментальный кирпич мироздания, а если мы вдобавок немного «подправим» константы сильного и слабого взаимодействий, облик Вселенной изменится до неузнаваемости.
Отношения масс протона, нейтрона и электрона между собой тоже имеют определяющее значение и для современной структуры Вселенной, и для появления в ней жизни. Скажем, масса нейтрона превышает массу протона на ничтожно малую величину (порядка 10-3 mр). Если мы всего-навсего удвоим эту величину, атомы химических элементов потеряют стабильность. Точно так же увеличение массы электрона всего лишь в три раза приведет к распаду ядер атомов водорода – самого распространенного элемента во Вселенной.
Размерность окружающего нас пространства тоже дает богатую пищу для размышлений. Три пространственных измерения обеспечивают устойчивое обращение тел друг около друга: либо тело стабильно движется по эллипсу (в частном случае, по окружности), либо улетает в бесконечность по параболической или гиперболической траектории. А вот в четырехмерном мире периодическое движение по замкнутой орбите невозможно: планета или упадет на центральное светило, или немедленно улетит в бесконечность. Это означает, что в мире четырех пространственных измерений не может существовать устойчивых планетных систем, движения электронов вокруг атомных ядер и т. п. Вся материя рассыпается в прах. А в мирах с числом измерений меньше трех атомы утрачивают способность излучать в непрерывном спектре, поскольку электроны не могут там совершать необходимые для этого орбитальные переходы.
Список тончайшей юстировки фундаментальных констант непрерывно растет и сегодня уже достиг поистине устрашающей величины. Поневоле задумаешься над тем, что кто-то мудрый и предусмотрительный сознательно отшлифовал мироздание, дабы в нем мог вырасти человек. В нашем распоряжении имеется три варианта ответа на этот вопрос.
Вариант первый. Законы природы сотворены высшим разумом. Теоретически подобная ситуация вполне возможна, поэтому не станем отвергать ее с порога. В конце концов, создаем же мы в земных лабораториях искусственные питательные среды для выращивания полезных микроорганизмов, и кто знает, каких еще успехов добьется биотехнология через пару-тройку тысячелетий. Правда, не совсем понятно, каким образом этот гипотетический высший разум умудрился уцелеть в пламени вселенского пожара, когда наш мир выныривал из небытия, и где он находился и чем был занят, когда мира еще не было. С другой стороны, сверхразум – он и в Африке сверхразум, а наше дело телячье. Однако серьезные ученые начинают морщиться, когда речь заходит о божественном промысле. С помощью вмешательства сверхъестественных сил можно безо всякого труда объяснить любое явление, но тогда наука прикажет долго жить. Естественно-научный подход, в отличие от веры, склонен исповедовать принцип Оккама: не следует умножать число сущностей сверх необходимости. Поэтому оставим вариант номер один теологам и богословам. Высшие силы числятся по их ведомству.
Вариант второй. Если Теория всего на свете (Theory of Everything, сокращенно TOE) будет когда-нибудь построена, вполне вероятно, что численные значения фундаментальных констант получат естественное и разумное объяснение. Когда ученые поймут, что такое масса, заряд, спин и прочие изнаночные сущности мироздания, быть может, удастся ответить на вопрос, почему они принимают именно такие, а не другие значения. Тогда антропный принцип можно будет снять с повестки дня. М-теория, о которой рассказывалось в предыдущих главах, сегодня претендует на многое, однако до финиша пока еще далеко.
Вариант третий, наиболее любезный нашему сердцу. Если мироздание не исчерпывается наблюдаемой частью Вселенной, если вселенные во множестве рождаются из квантовых флуктуаций пространственно-временной пены (по Линде) или из первичных черных дыр (по Смолину), то наша Вселенная перестает быть уникальной и единственной в своем роде. Фундаментальные константы могут принимать в этих бесчисленных мирах любые произвольные значения, а жизнь и разум возникают только в тех вселенных, где существуют подходящие для них условия. Правда, кое-кому может показаться, что природа на редкость неэкономна: нагородить этакую прорву миров, чтобы в некоторых из них зажглась искорка разума. Еще Эйнштейн говорил, что Бог не играет в кости. Между тем удивляться тут нечему, ибо природа – слепой конструктор, и расточительство является ее имманентной чертой. Из миллионов икринок выживает всего несколько тысяч, а деревья каждый год во множестве рассеивают семена, чтобы некоторые из них пошли в рост. На вопрос «Почему наша Вселенная такова, какой мы ее видим?» следует ответ: «Если бы Вселенная была другой, нас бы здесь не было!» Это и есть формулировка антропного принципа.
Вообще-то антропный принцип существует в двух формулировках – слабой и сильной. Слабый антропный принцип настаивает на том, что разумная жизнь возникает только там и тогда, где и когда для нее имеются подходящие условия. Скажем, современная космология утверждает, что Вселенная возникла около 14 миллиардов лет тому назад и просуществует еще достаточно долго. Почему мы живем сравнительно недалеко от момента ее рождения? Ларчик открывается просто: 10 миллиардов лет назад звезд второго поколения с химическим составом, необходимым для появления сложных структур, еще не было, а через несколько десятков миллиардов лет все они сгорят без остатка, и разумная жизнь нашего типа станет невозможной.
Сильный антропный принцип гласит, что законы природы и параметры фундаментальных констант таковы, что допускают возникновение разумной жизни. Иными словами, мир заточен под человека. Откровенно говоря, обе версии антропного принципа утверждают практически одно и то же, но все-таки его сильная ипостась изрядно отдает телеологией. Получается, что вся гигантская машинерия мироздания задумана исключительно ради нас с вами. С такой формулировкой примириться нелегко. Кроме того, неплохо бы внести одно существенное уточнение.
Когда мы говорим, что при других параметрах фундаментальных констант во Вселенной невозможны сложные структуры и жизнь, следовало бы добавить: жизнь в известных нам формах. А ведь даже белковая жизнь на планете Земля обладает огромным адаптивным потенциалом.
