Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса - Брайан Грин

Статья Картера подчёркивала важность принятия во внимание подобной систематической ошибки, учёт которой был назван им антропным принципом (неудачное название, потому что эта идея в равной степени применима к любой форме разумной жизни, которая проводит и анализирует наблюдения, а не только к человечеству). Никто не стал возражать против этой части рассуждений Картера. Дискуссионной оказалась часть, где он предположил, что антропный принцип может быть распространён не просто на отдельные объекты во Вселенной, например орбитальные расстояния планет, но и на всю Вселенную в целом.

Чтобы это могло значить?

Представьте, что вы размышляете над некоторым фундаментальным свойством Вселенной, скажем, массой электрона, 0,00054 (в долях от массы протона), или над силой электромагнитного поля, 0,0073 (в терминах его константы связи), или над главной нашей целью в этой главе — величиной космологической постоянной, 1,38 × 10−123 (выраженной в планковских единицах). Вы намерены объяснить, почему эти константы имеют именно такие значения. Пытаетесь снова и снова, но остаётесь с пустыми руками. Сделайте шаг назад, говорит Картер. Возможно, что причина ваших неудач такая же, как при объяснении расстояния от Земли до Солнца: фундаментального объяснения просто не существует. Подобно существованию множества планет на разных расстояниях, среди которых есть и планета, населённая нами, потому что её орбита приводит к благоприятным условиям для жизни, возможно, существует много вселенных с разными значениями «констант», а мы с необходимостью находимся во Вселенной, в которой эти значения благоприятствуют нашему существованию.

При таком образе мысли спрашивать, почему константы имеют такие значения, какие они имеют, неправильно. Нет никакого закона, определяющего их значения; они могут варьироваться, и действительно варьируются, внутри мультивселенной. Наша внутренняя систематическая ошибка отбора гарантирует, что мы находимся в той части мультивселенной, в которой привычные нам значения констант таковы просто потому, что мы не можем существовать в частях мультивселенной с другими значениями констант.

Отметим, что в случае, когда наша Вселенная единственная, подобные рассуждения теряют смысл, и вы по-прежнему можете задаваться вопросами насчёт «счастливого совпадения» или «глубокого понимания». Подобно тому как убедительное объяснение наличия в обувном магазине именно вашего размера требует, чтобы полки в магазине были плотно набиты обувью разных размеров, подобно тому как убедительное объяснение существования планеты, расположенной на биологически благоприятном расстоянии от звезды требует, чтобы существовало много планет, вращающихся вокруг своих звёзд на разных расстояниях, точно так же убедительное объяснение значений фундаментальных констант в природе требует огромного выбора вселенных, наделённых разными значениями констант. Только тогда — в рамках концепции мультивселенной — антропный принцип способен развеять ореол загадочности.[42]

Тогда очевидно, что ваша готовность принять антропный принцип зависит от того, насколько сильно вы верите в следующие три существенные предположения: (1) наша Вселенная — это часть мультивселенной; (2) в разных вселенных мультивселенной константы находятся в широком диапазоне возможных значений; (3) жизнь в известной нам форме невозможна при почти всех отклонениях от наблюдаемых значений констант.

В 1970-х году, когда Картер выдвинул эти идеи, на обсуждение концепции параллельных вселенных было наложено табу. Да и сейчас есть достаточно причин для скептицизма. Но мы видели в предыдущих главах, что хотя выбор того или иного конкретного вида мультивселенной остаётся сугубо умозрительным, есть причины серьёзно отнестись к такому новому взгляду на окружающую нас действительность. Это доводы в пользу предположения (1). Многие учёные сейчас им следуют. Что касается предположения (2), мы видели, что, например, в инфляционной мультивселенной и мультивселенной на бране значения фундаментальных констант природы действительно могут варьироваться от вселенной к вселенной. Далее в этой главе мы остановимся на этом вопросе более подробно.

Но как насчёт предположения (3), о взаимосвязи жизни с определёнными значениями констант?

Жизнь, галактики и фундаментальные числа природы

Даже небольшие отклонения от настоящих значений большинства фундаментальных констант в природе сделают жизнь в привычном нам виде невозможной. Увеличьте гравитационную постоянную, звёзды начнут сгорать быстрее и жизнь на близлежащих планетах не будет успевать развиваться. Уменьшите её, и галактики распадутся на части. Усильте электромагнитное взаимодействие, и атомы водорода будут отталкиваться друг от друга слишком сильно, чтобы образовывать устойчивые соединения, и это лишит звёзды необходимого топлива.{53} Но как быть с космологической постоянной? Зависит ли существование жизни от её значения? Именно этот вопрос поднял Стивен Вайнберг в своей статье 1987 года.

Понимая, что зарождение жизни является сложным процессом, о котором мы мало что понимаем, Вайнберг решил, что безнадёжно пытаться выяснять, каким образом то или иное значение космологической постоянной напрямую влияет на мириады явлений, вдыхающих жизнь в мёртвую материю. Однако Вайнберг не отступил от цели, а нашёл хитроумного посредника для задачи о зарождении жизни — зарождение галактик. Без галактик, рассуждал он, образование звёзд и планет станет сомнительным и не оставит никакого шанса на зарождение жизни. Такой подход к проблеме не только в высшей степени разумен, но ещё и полезен: он переносит акцент на рассмотрение того, как разные значения космологической постоянной влияют на процесс образования галактик, а эту задачу можно уже попытаться решить.

Суть физического процесса элементарна. Хотя точные детали образования галактик являются отдельной областью активных исследований, в общих чертах процесс напоминает эффект снежного кома в астрономических масштабах. Как только где-то возникает сгусток вещества, то в силу своей повышенной плотности он оказывает большее гравитационное притяжение на находящуюся поблизости материю, в результате чего ком ещё больше увеличивается. Этот процесс всё нарастает и нарастает, и наконец образуется разогретая масса пыли и газа, из которой появляются звёзды и планеты. Идея Вайнберга состояла в том, что если космологическая постоянная будет иметь достаточно большое значение, то она прервёт такой комообразующий процесс. Порождаемое космологической константой гравитационное отталкивание может оказаться достаточно сильным, чтобы прервать процесс зарождения галактик на начальной стадии образования кома, когда он ещё мал и хрупок, так что составляющее его вещество разлетится прежде, чем ком успеет укрупниться, притягивая окружающее вещество.

Вайнберг сделал математические расчёты и обнаружил, что если значение космологической постоянной в несколько сотен раз превысит современную космологическую плотность вещества — несколько протонов на кубический метр, — то процесс образования галактик нарушится. (Вайнберг также рассмотрел случай отрицательной космологической постоянной. Возникающие при этом ограничение ещё сильнее, потому что отрицательное значение приводит к росту гравитационного притяжения и заставляет всю Вселенную схлопнуться прежде, чем звёзды успеют зажечься.) Если теперь представить, что мы являемся частью мультивселенной, в которой значения космологической постоянной изменяются в широком диапазоне от вселенной к вселенной, так же как изменяются и расстояния от планет до их звёзд от одной солнечной системы до другой солнечной системы, — то единственные вселенные, в которых возможны галактики, и, следовательно, единственные вселенные, в которых мы можем жить, это те, где космологическая постоянная принимает значения, не превышающие предел Вайнберга, что составляет примерно 10−121 в планковских единицах.

На фоне многолетних безуспешных попыток работа Вайнберга стала первой, где были получены теоретические значения для космологической постоянной, не превышающие до абсурдной степени ограничений, накладываемых наблюдательной астрономией. При этом она не противоречила широко распространённому в то время убеждению, что космологическая постоянная равна нулю. Сам Вайнберг не остановился на этом и сделал шаг вперёд, придав этому результату следующую интерпретацию. Он предложил, что мы находимся во вселенной, в которой космологическая постоянная мала настолько, насколько необходимо, чтобы мы смогли существовать, но не значительно меньше. Значительно меньшая константа, рассуждал он, потребует объяснения, выходящего за рамки простого утверждения о согласованности с нашим существованием. Именно такого объяснения, которое всё это время доблестно искала наша физика, но не нашла. Это позволило Вайнбергу предположить, что однажды с помощью более точных измерений будет установлено, что космологическая постоянная не равна нулю, а имеет значение, близкое или пограничное с вычисленным им пределом. Как мы видели, спустя десять лет после появления работы Вайнберга, наблюдения в рамках проекта «Supernova cosmology» и поисковой группы «High-Z Supernova» подтвердили это пророческое предсказание.