Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

В середине ХХ века многие отрасли науки – от космологии до микробиологии и генетики – прогрессировали семимильными шагами, появилось несколько поколений необычайно авторитетных ученых. Однако становилось все очевиднее, что сама Вселенная эволюционирует, что она очень разнообразна, – и сразу несколько человек независимо отметили некоторые странные совпадения в значениях фундаментальных физических постоянных. Речь идет о числах, которые описывают, например, силу гравитации или массу субатомных частиц, а в особенности – оценивают возраст космоса. Между определенными сочетаниями этих чисел возникли неожиданные соотношения. Скажем, отношение гравитационной и электрической сил, в которое входят константы, описывающие силу гравитации, и массы и заряды электронов и протонов, примерно равно 10. Это число удивительно напоминает нынешнюю оценку возраста Вселенной, если выразить ее в атомных единицах времени (одна такая единица примерно равна 2?1039–17 с [33]) – первым на это указал физик Поль Дирак [34]. Но как же эти незыблемые константы связаны с возрастом Вселенной на данный момент?! В далеком – в космических масштабах – прошлом или будущем соотношение, разумеется, было бы уже другим. Более того, в другой момент по космическому времени, вероятно, сложились такие условия, которые исключали появление разумной жизни, поэтому заметить подобные совпадения было бы попросту некому! Это была довольно-таки мерзкая ложка дегтя в бочке меда принципа Коперника, поскольку из нее следовало, что в нашем нынешнем положении в пространстве-времени, а также в нынешних условиях во Вселенной все же есть нечто особое.
Последнее и решающее доказательство, что возраст Вселенной конечен, было получено в 1965 году, когда открыли всепроникающее микроволновое излучение, начало которому было положено в момент рождения космоса: это излучение – реликт высочайших температур при Большом Взрыве [35]. Подобные следы совсем иной Вселенной, которая когда-то была необычайно плотной и высокоэнергичной, – это не просто ложка дегтя в бочке меда. Это целое ведро дегтя в бочке меда принципа заурядности. А особенно ситуация обострилась в 1973 году, когда физик австралийского происхождения Брэндон Картер опубликовал свои соображения.
Картер – физик-теоретик, сыгравший важнейшую роль в развитии современных представлений о физике черных дыр, – вдохновлялся в своих изысканиях интересом к проблеме совпадений констант, возникшим у целого ряда коллег, в том числе у Джона Уилера и молодого Стивена Хокинга. Поэтому он решил затеять научную дискуссию именно на юбилейной конференции в Кракове, устроенной в честь пятисотлетней годовщины со дня рождения Коперника. В своем докладе Картер высказал идеи, которые бродили в умах многих физиков, ломавших голову над этими бросавшимися в глаза совпадениями. Картер углубился в проблему, задавшись вопросом, насколько иной была бы Вселенная, если бы изменилось несколько фундаментальных ее качеств – например, соотношение фундаментальных сил, скрепляющих вещество.
Размышления над этим вопросом натолкнули Картера на интересный вывод, которым он и поделился со слушателями. Возможна, например, такая искаженная версия природы, при которой не образуются звезды, а поскольку химические элементы, из которых мы состоим, вырабатываются именно в звездах и поскольку именно мы наблюдаем происходящее во Вселенной, само это обстоятельство может говорить нам что-то о Вселенной, в которой мы живем. Иначе говоря, само наше существование что-то говорит нам о физическом устройстве Вселенной, то есть может статься, что наша роль важнее, чем мы думали. Подобный подход к изучению мироздания Картер назвал «антропным принципом» – а слово «антропный» означает «человеческий». На самом деле Картер имел в виду несколько другую мысль, поскольку наблюдателем во Вселенной может быть кто угодно, а не только человек. Но хотя в дальнейшем он предложил другой термин, более точный с научной точки зрения, в среде ученых закрепилось именно наименование «антропный».
Глубинный смысл такого подхода к миропониманию прекрасно передают слова самого Картера [36], произнесенные в тот день: «Коперник преподал нам весьма поучительный урок: нельзя считать аксиомой, что мы занимаем во Вселенной какое-то привилегированное центральное положение. К сожалению, налицо сильная и не всегда подсознательная склонность обобщать этот постулат до более сомнительной догмы, согласно которой наше положение вообще нельзя считать привилегированным ни в каком смысле». Идея здесь в том, что нельзя и невозможно игнорировать то обстоятельство, что для зарождения жизни и нашего существования потребовалось совпадение огромного множества природных феноменов.
К настоящему времени об антропном принципе написано множество книг и статей. Для многих физиков и философов он стал настоящей золотой жилой [37] – и зачастую слишком сложной и противоречивой темой для бесконечных бесед за коктейлями, в которых доводы замыкаются сами на себя, словно змей Уроборос, кусающий собственный хвост. Предлагались и крайне смелые формулировки принципа Картера, согласно которым Вселенная может существовать лишь при условии, что она породит разумную жизнь, способную ее наблюдать; лично я постараюсь держаться от этой идеи как можно дальше.
Однако идея антропного принципа имеет колоссальное значение: она заставляет нас бороться с некоторыми предрассудками в своем мировоззрении и изучать, какие искажения при наблюдениях над окружающим миром присущи нам от природы. Слишком углубляться в разнообразные следствия из антропного принципа я не стану, поскольку гораздо более практичные и понятные ответы на наши вопросы о собственной роли в мироздании можно получить куда более конвенциональным путем. Но поскольку антропный принцип входит в явное противоречие с принципом Коперника (точнее, с ортодоксальными представлениями о нашей посредственности), нам все же придется остановиться на некоторых его подробностях.
* * *
В наши дни антропные идеи всплывают по большей части в диспутах о так называемой «тонкой настройке Вселенной», где подробно исследуются совпадения в масштабах Вселенной, которые привели к появлению ученых, задающих подобные вопросы. Идея тонкой настройки примерно такова. Если подробно рассмотреть все множество фундаментальных качеств Вселенной, воплощенных в физических постоянных наподобие соотношения силы гравитации со всеми прочими силами, мы заметим, что, будь эти постоянные чуть-чуть иными, жизнь не зародилась бы.
Правда, на самом деле все несколько сложнее, и цепочка рассуждений примерно такова: при ином соотношении постоянных не существовали бы звезды и галактики, либо в них не вырабатывались бы тяжелые элементы вроде углерода, необходимые для биохимии. То есть целый набор первичных вселенских функций не смог бы задать условия для вторичных функций, от которых мы зависим. Это, разумеется, предполагает также, что жизнь обязательно должна быть похожа на нашу, однако и в самом деле трудно представить себе, как Вселенная, где есть только водород и гелий, породит структуры той сложности, какая свойственна нашей углеродной жизни.
Какие именно качества Вселенной можно считать самыми важными, понятно не сразу. Чтобы сузить диапазон вариантов, проще всего создать хитроумные математические сочетания различных фундаментальных постоянных, которые, в свою очередь, приведут к осязаемым природным явлениям. Ученые Бернард Карр и Мартин Рис [38] проделали это в 1979 году, а позднее, в 1999 году, Рис пересмотрел [39] эти идеи и вывел шесть величин, которые в нашей Вселенной должны были попасть в относительно узкий диапазон, чтобы она выглядела примерно так, как сейчас, и подходила для возникновение жизни в том виде, в каком мы ее знаем.