Это самая важная глава, ибо в ней мы рассмотрим антропный принцип, согласно которому наша Вселенная такова, потому что если бы она была другой, то нас бы в ней не существовало. Антропный принцип – это одно из самых мощных орудий атеистов, которые используют его в своей битве с идеей о сотворении мира Богом.
Воспринимаемая нами Вселенная характеризуется набором отлично пригнанных друг к другу констант – таких как масса электрона или сила тяжести, от которых зависит существование нашего мира. Это привело некоторых ученых к мысли о том, что если мы здесь, значит, мир должен быть таким, каков он есть. Нам приходится жить в этой единственной гостеприимной для нас Вселенной среди всех других частей мультивселенной. То есть мы находимся в той Вселенной, в какой можем существовать. Антропный принцип плюс существование бесконечной совокупности вселенных (по большей части негостеприимных) многие рассматривают как удачную замену Бога, который целенаправленно сотворил природные константы для того, чтобы мы могли жить.
В ХХ веке появилась квантовая теория. Роджер Пенроуз всю свою жизнь посвятил попыткам понять, как работает вселенная. После многолетних экспериментов и размышлений он пришел к поразительному выводу: если бы энтропия (мера неупорядоченности, часто используемая в физике) космоса хоть ненамного отклонилась от существующей величины, то Вселенной бы не существовало. Таким образом, Вселенная должна была быть «идеально настроенной» в такой степени, какую мы не можем ни осознать, ни представить. В книге «Путь к реальности» Пенроуз пишет: «Можно ли привлечь антропный принцип для объяснения весьма специфической природы Большого взрыва? Следует ли включить этот принцип в качестве составной части в картину инфляции, так чтобы первоначально хаотичное (то есть обладавшее максимумом энтропии) состояние тем не менее привело к образованию Вселенной, в которой мы живем и где господствует второе начало термодинамики?»
Второе начало термодинамики гласит, что энтропия системы со временем возрастает. Модель Вселенной Пенроуза, давшей начало человеческой жизни, обусловлена определенными требованиями: например, соблюдением второго начала термодинамики, условием равновесия температур и другими условиями. Пенроуз пишет:
Грубо говоря, аргумент звучит так: «Для того чтобы существовала разумная жизнь, нам нужна большая Вселенная, располагающая временнóй шкалой, достаточной для эволюции в благоприятных условиях, и т. д. Эти условия требуют инфляции, начавшейся в ограниченном регионе и поражающей нас видом той огромной Вселенной, которую мы знаем». Может показаться, что благодаря своей романтичности такие аргументы устоят против любой научной критики, но я все же склонен думать, что это не так… Требуемая для такого процесса точность соблюдения фазовых, пространственных и объемных отношений имеет вероятность, равную единице, деленной на (10 10 ) 123 . Степень 10 123 – величина энтропии черной дыры, масса которой равна массе наблюдаемой нами Вселенной.
Только такой математический гений, как Пенроуз, мог представить аргументы в пользу существования порождающей жизнь Вселенной, построенные на термодинамических требованиях черной дыры. После этого Пенроуз, уточняя аргумент, спрашивает: «Но на самом ли деле нам нужны условия для жизни во всех частях Вселенной?» Ответ его заключается в том, что существует минимальная часть Вселенной, в которой в результате действия слепых и неумолимых сил возникли благоприятные условия для поддержания жизни и разума. Это позволяет Пенроузу несколько смягчить условия:
Таким образом, точность, которая требовалась от нашего Создателя… для того чтобы построить меньший участок, имеет вероятность, равную единице, деленной на (10 10 ) 117 . Теперь творцу нужен лишь очень малый сегмент первоначального множества, намного меньший, чем раньше. Господь наверняка выбрал для этого тихий и спокойный участок… Должно быть, в возникновении нашей Вселенной действительно было нечто весьма особенное… Или примем версию о том, что первоначальный выбор был «божественным актом», или попытаемся измыслить какую-нибудь физическую или математическую теорию, объясняющую в высшей степени необычную природу Большого взрыва. Лично я склонен посмотреть, насколько далеко удастся нам продвинуться по второму пути.
Пенроуз рисует и образ Создателя – человека с длинной белой бородой, указующего перстом на бесконечно малую точку всего «пространства параметров», мыслимых для актуальной энтропии Вселенной и создания той, что мы имеем. Не будучи религиозным человеком, Пенроуз тем не менее понимает: для того чтобы появился наш мир, должно было случиться чудо и возникнуть строго определенное количество энтропии, требующееся для его создания. В поисках альтернативной причины такого точного попадания в бесконечно малую вероятность Пенроуз признает, что разработка квантовой теории гравитации может привести нас к вариантам ответа.
Самый знаменитый ученик, а ныне научный соратник Пенроуза – Стивен Хокинг. Как мы уже видели, он уклоняется от обсуждения темы сотворения Вселенной, становясь иногда на атеистическую точку зрения. Всю свою сознательную жизнь Хокинг всерьез занимался разбором идей антропной теории.
В сентябре 1981 года Хокинг присутствовал на конференции в Ватикане. Обращаясь к нему, находившемуся в группе ведущих ученых мира, папа Иоанн-Павел II сказал, что, вероятно, человек тщетно ищет движущие силы сотворения Вселенной. По мнению понтифика, такое знание проистекает «из божественного откровения». Папа был прав, утверждая, что физика и космология не в состоянии показать нам движущие силы сотворения Вселенной и, тем более, найти причины, вызвавшие Большой взрыв. Независимо от того, существует Бог или нет, мы не способны объяснить Большой взрыв. Некоторое время спустя Хокинг, обсуждая этот вопрос с писателем Джоном Бослафом, высказал свой взгляд на Вселенную и на ее возникновение:
Вероятность того, что Вселенная, подобная нашей, могла возникнуть в результате Большого взрыва, ничтожно мала. Начиная обсуждать происхождение Вселенной, в первую очередь вспоминаешь религиозные объяснения.
Всю свою жизнь Хокинг удивлялся свойствам элементов, составляющих Вселенную. Если бы заряд электрона был немного другим, то не горели бы звезды и не взрывались сверхновые, выбрасывающие в пространство множество необходимых для жизни элементов. Если бы сила притяжения была хоть чуть-чуть слабее, то не было бы компактной материи, не существовало бы ни звезд, ни планет.
У нас нет теории, которая могла бы объяснить, почему заряды и массы частиц таковы, каковыми они являются. С теоретической точки зрения эти параметры представляются произвольными. Но если бы их величины отличались от реальных хоть на йоту, нас попросту бы не существовало. Хокинг сказал следующее: «Если принять во внимание все возможные константы и законы, которые могли бы иметь место в пространстве, то можно понять, что шансы возникновения Вселенной, способной породить жизнь, были ничтожно малы».
В своей попытке объяснить, как образовалась породившая жизнь Вселенная, само возникновение которой имело крайне низкую вероятность, Хокинг пришел к антропному принципу. Биограф Хокинга Китти Фергюсон пишет:
Хокинг следующим образом поясняет антропный принцип: представьте себе множество различных, удаленных друг от друга вселенных или изолированных участков одной Вселенной. Условия в большинстве их неблагоприятны для возникновения разумной жизни. Однако в некоторых появились предпосылки для возникновения звезд, галактик и солнечных систем, на которых возникли разумные существа, спрашивающие: почему Вселенная такова, какой мы ее видим? Согласно антропному принципу, ответ может быть один: если бы Вселенная была другой, нас бы в ней не было и некому было бы задать этот вопрос.
Многие физики не любят антропный принцип, потому что он ничего не объясняет, давая лишь тривиальный ответ: порядок вещей таков, каков он есть, потому что он не может быть иным. Кроме того, антропный принцип – не самая удачная замена Бога. Можно сказать, что существует лишь одна Вселенная и Бог сотворил ее именно такой, с нужными параметрами и силами, подходящей для возникновения разумной жизни. Постулировать бесконечное множество вселенных и антропный принцип, «выбирающий» ту из них, где мы должны жить, – это очень расточительный и к тому же не слишком научный способ построения модели жизни. Хокинг и многие другие физики надеются, что настанет день, когда универсальная «теория всего» объяснит значимость всех параметров Вселенной, упразднив, таким образом, антропный принцип.
Несмотря на то что антропный принцип не имеет никакой научной ценности и не может правдоподобно объяснить реальность, новые атеисты с радостью за него ухватились в качестве аргумента, заменяющего необходимость творца. В своей книге «Бог как иллюзия» Ричард Докинз посвящает 30 страниц этому принципу и даже весьма любопытным способом связывает его с естественным отбором: «Естественный отбор работает, потому что это дорога с односторонним движением, накапливающая удачные изменения. Повезти должно только в самом начале, и это “миллиардам планет” обеспечивает именно антропный принцип». Заметив, что антропный принцип «ненавистен большинству физиков», Докинз продолжает: «Я не могу понять почему. Думаю, что он просто прекрасен. Возможно, я так считаю, потому что мое сознание было воспитано Дарвином».
Роджер Пенроуз, на самом деле, отходит от антропного принципа. Пенроуз считает, что Вселенная обязана своим происхождением либо «божественному акту творения», либо причине, которую мы обнаружим, когда будет создана «окончательная физическая теория». Подобно мультивселенной, антропный принцип – это своего рода принудительный аргумент, не имеющий глубокого теоретического обоснования.
Антропная идея существует в нескольких вариантах. Слабый антропный принцип занимается конкретными переменными, например отвечает на вопрос: почему мы живем на Земле, а не на Венере? На Венере слишком жарко, поэтому мы находимся здесь, а не там. Мы должны жить в «обитаемой зоне» нашей Солнечной системы, удовлетворяющей требованиям Златовласки – не слишком жарко и не слишком холодно. В этой зоне вода должна существовать в жидком агрегатном состоянии, чтобы сделать возможным существование жизни.
Сильный антропный принцип применяют ко всему: к массам и зарядам элементарных частиц, к космологическим константам, к энтропии нашего участка Вселенной, к величинам всех природных сил и прочему. Сильный антропный принцип гласит, что все природные величины такие просто потому, что если бы они были иными, то нас бы здесь не было.
У антропного принципа интересная история. В начале 1960-х годов принстонский физик Роберт Дикке воспользовался антропными аргументами для того, чтобы объяснить возраст Вселенной, который, по его мнению, должен быть совместим с эволюцией жизни и с разумными сознательными существами. Во Вселенной, слишком юной для того, чтобы на ней могла развиться жизнь, таких существ просто не было бы. Однако сам термин антропный принцип был придуман в 1973 году австралийским физиком Брендоном Картером. Впервые он сказал о нем в Кракове, в речи на конгрессе, посвященном пятисотлетию со дня рождения Коперника.
За прошедшие десятилетия аргумент Дикке распространили и на другие численные величины, характеризующие свойства наблюдаемой Вселенной. Ученые задавали следующие вопросы. Почему масса протона в 1836,153 раза больше массы электрона? Почему электрические заряды верхних и нижних кварков равны 2/3 и –1/3 соответственно? И почему на той же шкале заряд электрона в точности равен –1? Почему гравитационная постоянная Ньютона равна 6,67384 × 10–11?
Есть еще один вопрос, занимающий умы физиков с 1916 года. Почему постоянная тонкой структуры так соблазнительно близка к величине 1/137, обратной простому числу? (Теперь мы знаем эту постоянную с куда большей точностью – 1/137,035999.)
Ричард Фейнман однажды написал: «Это одна из величайших проклятых загадок физики: магическое число, пришедшее к нам неизвестно откуда. Можно сказать, что его “начертала божественная рука”, но мы не знаем, что “двигало карандашом”». Астроном Артур Эддингтон (доказавший теорию Эйнштейна об искривлении пространства-времени вблизи массивных объектов) построил вокруг этого числа множество нумерологических гипотез, ни одна из которых, впрочем, так и не была доказана. (Правда, Эддингтон полагал, что эта константа равна 1/136.) Есть даже анекдот о том, что австрийский физик и один из первопроходцев квантовой механики Вольфганг Паули, который всю жизнь был одержим числом 137, умирая, попросил Бога разъяснить ему эту загадку (между прочим, Паули в то время лежал в больнице, в палате номер 137) и вознесся на небо, где Бог вручил ему толстый конверт и сказал: «Прочти мой препринт, там я объяснил все».
Если отвлечься от забавных историй и анекдотов, то надо признать, что все физические константы, описанные выше, пока не поддаются анализу и разумному объяснению. Одним из физиков, пытавшихся понять их, был Стивен Вайнберг, который часто опережал свое время. В 1998 году, буквально за несколько месяцев до публикации поразительного астрономического открытия об ускоряющемся расширении Вселенной, приведшего к выводу о существовании «темной энергии», пронизывающей пространство и распирающей Вселенную, Вайнберг и его коллеги из Техасского университета опубликовали статью о гипотетической темной энергии. Авторы утверждали, что если такая энергия существует, то ее величина может колебаться в очень узких пределах, приведенных в статье. В противном случае энергия будет или слишком велика для того, чтобы галактики могли сливаться под действием сил гравитации, или слишком мала, и тогда может произойти гравитационный коллапс до того, как успеет развиться жизнь.
Вайнберг и его коллеги пришли к выводу, что величина космологической постоянной должна основываться (в определенных границах) исключительно на антропном принципе. Он позволил предсказать значение неизвестного параметра, но при этом была использована неудовлетворительная методология, так как она не выявила никаких оснований для величины космологической константы, за исключением все того же аргумента: «Если мы здесь и наблюдаем это, то оно должно находиться в таком-то диапазоне величин».
Конечно, то же самое можно сказать и по поводу постоянной Ньютона, масс и зарядов кварков и электрона, константы тонкой структуры, параметров, управляющих сильными и слабыми ядерными силами, и т. д. Силы природы чрезвычайно точно подогнаны под то устройство Вселенной, какое мы наблюдаем. С точки зрения антропного принципа, если мы здесь, то параметры должны быть именно такими, какими они являются в реальности.
Сила тяжести, несмотря на то что именно ее действие мы ощущаем больше всего, является самой слабой из всех четырех природных сил. Гравитация на сорок порядков слабее сил электромагнитного поля. Можете провести наглядный эксперимент: положите на стол небольшую скрепку. Она будет лежать на месте, удерживаемая полем тяготения всей расположенной под столом планеты. Теперь возьмите маленький магнит и постепенно приближайте его сверху к скрепке. Когда магнит приблизится на достаточное расстояние, она подпрыгнет вверх и прилипнет к нему. Это показывает, что даже крошечный магнит, обладающий электромагнитными силами, может преодолеть силу притяжения всей необъятной Земли.
Почему же сила тяготения на сорок порядков слабее сил электромагнитных? Почему четыре природные силы имеют именно такие, а не иные величины? Если бы было по-другому, нас бы здесь просто не было: гравитация раздавила бы нас еще до появления на свет, если бы была сильнее. А если бы иным было электромагнитное поле, то перестала бы работать вся химия, ибо ядро не смогло удержать около себя противоположно заряженные частицы. Если бы сильные внутриядерные силы имели иную величину, то кварки либо были бы раздавлены, либо улетели из протонов и нейтронов, а сами ядра просто прекратили свое существование. Если бы иную величину имели слабые внутриядерные силы, то либо все элементы стали бы радиоактивными, либо звезды перестали бы излучать свет и тепло. В обоих случаях жизнь просто не смогла бы возникнуть.
Когда я брал у Вайнберга интервью и расспрашивал его о работе, он сказал: «Вселенная, скорее всего, напоминает гигантского кота Шредингера. Есть части Вселенной, где кот жив, космологическая постоянная имеет должную величину и находятся ученые, наблюдающие Вселенную и задающие вопросы. Есть и другие части Вселенной, где кот мертв, космологическая постоянная либо слишком мала, либо слишком велика, и там нет ни жизни, ни задающих вопросы ученых». Такой вот интересный взгляд на Вселенную.
Однако некоторые космологи прибегают к антропному принципу, потому что не знают, почему масса, заряд электрона и кварка, энтропия Вселенной и величина космологической постоянной таковы, что стало возможным существование нашей Вселенной.
Если вы захотите проверить, какая из двух гипотез верна: Вселенная, созданная согласно особым требованиям, или Вселенная, случайно оказавшаяся подходящей для жизни просто потому, что мы ее наблюдаем, то обнаружите, что наука не в состоянии ответить на этот вопрос.
Как мы уже видели, физика не может уйти от загадки невероятной точности настройки многих ее параметров. Самый лучший и самый простой пример этой загадки – взаимодействие протона, нейтрона, электрона и кварков. Каждый студент-физик знает, что материя состоит из протонов и нейтронов, составляющих атомное ядро, вокруг которых обращаются электроны, завершая строение атома. Притяжение электронов к ядрам обусловлено тем, что электрический заряд электрона равен по абсолютной величине и противоположен по знаку электрическому заряду протона: без этого равновесия зарядов жизнь во Вселенной была бы невозможна.
Однако в то время как электрон не имеет отчетливой внутренней структуры и является элементарной частицей, протон и нейтрон таковыми не являются. Каждый протон состоит из трех кварков – двух верхних и одного нижнего. Суммарный электрический заряд кварков таков, чтобы заряд протона был в точности равен +1 (заряд электрона полагают равным –1), ибо в противном случае равновесие будет нарушено.
Мы знаем, что на самом деле в ядре заряд верхнего кварка равен в точности 2/3, а заряд нижнего кварка – –1/3. Если сложить заряды двух верхних и одного нижнего кварка, то получим 2/3 + 2/3 – 1/3 = 1. Каким образом стала возможной такая точность? Мало того, нейтрон (частица, присутствующая в ядрах всех элементов тяжелее водорода) должен иметь суммарный электрический заряд, равный нулю, и он состоит из двух нижних кварков и одного верхнего. Здесь снова срабатывает ставшее привычным математическое волшебство. Если вы сложите заряды кварков, составляющих нейтрон, то получите 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0.
Но почему заряды кварков так идеально подогнаны друг к другу? В самом начале, через ничтожную долю секунды после Большого взрыва Вселенная, как считают ученые, состояла из кварк-глюонной плазмы, которую иногда называют «кварковым супом». Потом кварки, плававшие в этом плотном и исключительно горячем супе, созданном Большим взрывом, внезапно объединились в тройки с образованием протонов и нейтронов. Одно только это уже представляется загадочным: в природе большинство вещей образуют пары, но не триплеты (набор, состоящий из трех объектов). Почему и как все это произошло и как заряды, массы и силы взаимодействия, объединившись, создали стабильные сложные частицы, необходимые для возникновения Вселенной? У науки пока нет удовлетворительных ответов на эту головоломку.
На самом деле, стандартная модель физики частиц была построена с применением мощного математического аппарата именно в попытке разрешить хотя бы некоторые из этих загадок, но она не смогла ответить на вопросы о массах элементарных частиц и взаимодействиях сил. Также без ответа остается и вопрос о пресловутой константе «1/137», управляющей всеми электромагнитными взаимодействиями. Эти числа не получаются в результате решения уравнений модели; их приходится вставлять «вручную». Однако как именно были получены «свободные параметры» в наших моделях Вселенной и как они обрели именно те значения, какие необходимы для существования Вселенной, остается трудной, неразрешенной загадкой – одной из многих загадок науки.
Один из способов выйти из положения – сказать, согласно антропному принципу: «Если бы параметры были другими, то нас бы здесь не было и некому было бы задавать все эти вопросы». Но таким образом невозможно научно опровергнуть соперничающую гипотезу: «Параметры были выбраны так, чтобы можно было создать Вселенную». Так что же все-таки было первопричиной – Бог или антропный принцип?
Вероятно, самым лучшим примером неадекватности применения антропного принципа для правдоподобного объяснения природных явлений является упомянутое выше событие, случившееся 65 миллионов лет назад, – столкновение Земли с небесным телом Солнечной системы. В результате этой катастрофы атмосфера Земли наполнилась пылью, заслонившей Солнце, наступило резкое похолодание, погубившее почти все живое, включая динозавров. Ученые считают, что если бы это событие не произошло, то динозавры продолжали бы господствовать на Земле, а приматы не получили бы возможности развиться и, в конце концов, став людьми, захватить власть над нашей планетой.
Если спросить у верного поборника антропного принципа, почему астероид или гигантский метеорит столкнулся с Землей 65 миллионов лет назад, то ответ, скорее всего, будет все тот же: «Потому что в противном случае нас бы здесь не было и некому было бы задать этот вопрос». Но именно на этом примере мы действительно убеждаемся в антинаучности антропного принципа. Небесное тело Солнечной системы столкнулось 65 миллионов лет назад с Землей, потому что его орбита случайно пересеклась в тот момент с орбитой нашей планетой. Это правильное научное, а не антропное объяснение. Очень важно иметь в виду, что такого объяснения пока не существует для констант, характеризующих массы частиц и силы их взаимодействия. Поскольку же, как мы видим, антропный принцип этому объяснений не дает, нам надо искать и находить другие варианты. Таким объяснением может стать божественный замысел или, по меньшей мере, то, что пока находится за пределами нашего понимания.