Знание-сила, 2008 № 01 (967)

Происхождение мира долгое время не вызывало вопросов. Мир был сотворен, и оставалось лишь познать законы его Божественного творения. Все изменилось в последние столетия, со становлением современной науки. «Бог» оказался лишней гипотезой, не оправдавшей себя аксиомой. Постепенно, в XVIII — XIX веках, ученые привыкли считать нашу Вселенную чем-то вроде громадного часового механизма, все колесики которого вот уже целую вечность вертятся в одном и том же неизменном ритме, и целую вечность будут длить свой бег.

Но вот в ХХ веке, когда горизонты мироздания стремительно раздвинулись, и Космос открылся во всем своем грандиозном величии, уверенность понемногу сменилась замешательством. Чем больше мы стали узнавать об устройстве Вселенной, тем удивительнее оно казалось. И этому удивлению все труднее было находить объяснения. Фундаментальные вопросы, на которые перестали искать ответ, интересуясь лишь одними подробностями, вновь возвращаются и всецело занимают наше внимание. Теперь мы хорошо представляем себе, как устроен окружающий нас мир, по каким законам он живет. Но все чаще раздаются вопросы: «Откуда взялись эти законы? Вечны ли они? Или меняются со временем?»

Особенно поразительна гармония фундаментальных констант. Их соотношение подчас бывает таким таинственно точным, что многие отказываются понимать, как можно было бы запустить всю гигантскую небесную машинерию, не прибегая к вмешательству Бога. Тем более что сама теория происхождения нашей Вселенной соблазняет задуматься о «начале всех начал». Имея дело с Вселенной, возникшей в результате начального Взрыва, мы не вправе признавать бессмыслицей фразу: «В начале было ***, и... *** было Бог». Все невечное было чем-то порождено. Бог, изгнанный из науки под мерное покачивание колесиков мирозданья, внезапно возвращается? Или же мир наших законов, мир наших констант можно все- таки объяснить с сугубо научной точки зрения, не прибегая к такой гипотезе, как «Господь Бог» и не подменяя научное познание мира верой в то, что все может быть объяснено с религиозной точки зрения, — этой слепой верой, столь популярной у нас в последнее время?

Александр Волков

Мир наших законов

Как возникли законы природы? В былые времена люди полагали, что они придуманы Богом. Сегодня физики вновь задаются этим вопросом и выдвигают поразительные гипотезы. Что же такое законы природы?

Мы видим, что мир живет по определенным правилам, именуемым «законами природы». Они доступны нашему пониманию. Ученые открывают эти законы и формулируют их. Их поиск давно считается самым важным и почетным долгом исследователей. Прогресс в науке тесно связан с открытием законов природы. Они помогают обобщать факты, объяснять происходящее, прогнозировать будущее. Многим кажется естественным, что в хаосе многообразных процессов, протекающих вокруг нас, угадывается стройный порядок, и он ощутим на всех уровнях от Микрокосма до Макрокосма. Все мироздание живет по законам, скрепляющим его, как тело — скелет.

Но откуда они взялись? Вечны ли они или со временем меняются? Слепо ли подчиняется им природа или может их нарушить? Почему многие из них — особенно законы физики — мы можем формулировать на языке математики? Быть может, сам Бог является математиком, как шутят ученые?

На протяжении веков люди отвечали на эти вопросы, не задумываясь. Законы природы придумал Бог. Они действуют вечно. Стало быть, они возникли в момент сотворения Вселенной, — говоря научным языком, во время Большого Взрыва. И, очевидно, уже тогда они были «идеальными». Но верится в такое с трудом. Можно ли предусмотреть все заранее? Для чего в момент зарождения Вселенной нам нужен закон, который «следил» бы за тем, чтобы некоторые металлы при температуре, близкой к абсолютному нулю по шкале Кельвина, теряли свое электрическое сопротивление? О каких сверхнизких температурах шла речь в тот миг? О каком абсолютном нуле? В том беспрестанно кипевшем «первородном супе», что наполнял народившийся космос, не могло быть и речи о сверхпроводимости!

А если ответить по-другому? Может быть, законы природы «не сотворены» никем? Что если они исподволь формировались на протяжении многих миллионов лет? Мы знаем, что природа претерпевает эволюцию. Живые организмы приспосабливаются к окружающему их миру и соответственно меняются. Возможно, подобная эволюция происходит и в космосе. Элементарные частицы (протоны, электроны, нейтрино и иже с ними) каким-то образом «приспосабливаются» друг к другу. Возникают определенные «правила общежития» данных частиц. Некоторые правила забываются, некоторые усваиваются все четче — они и становятся «законами природы». Так, например, считает биолог Руперт Шелдрейк. Впрочем, он уже давно заклеймен как представитель псевдонауки, придумавший теорию «морфогенетических (формообразующих) полей».

Подобные идеи впрямь противоречат знаниям, накопленным астрофизикой. Свет отдаленных галактик доносит до нас вести о том, какие законы действовали вскоре после «сотворения мира». Спектральные линии световых лучей свидетельствуют, что звезды в ту эпоху подчинялись тем же законам, что и сейчас.

Для древних греков не существовало законов природы. В их представлении Природа вела себя так же хаотично, как человеческое общество. Отдельные атомы, — им соответствовали греческие города-государства, — блуждали, сталкивались друг с другом, на короткое время соединялись, а потом их непрочные союзы вновь распадались.

Как следствие, античным ученым удалось открыть, пожалуй, лишь три физических закономерности, которые заслуживают названия «законов природы»: закон рычага, закон отражения света Евклида и, наконец, знаменитый закон Архимеда («На всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила...»). Впрочем, ни Архимед, ни другие ученые того времени не называли эти воззрения «законами», а говорили, как и в математике, о «принципах», «аксиомах» и «теоремах». Со времен Пифагора считалось, что в основе миропорядка лежит некая математическая гармония. Во всяком сложном естестве имеется своя простая логика. Так образ «принципов», правящих миром, стал изначально складываться из математических элементов — цифр и операций над ними.

Вообще же лишь в средневековой Европе человек задумался о том, что в природе действуют свои неумолимые законы. Да и как было не думать об этом? Ведь мир пребывал во власти строгого Бога, ревностно следившего за тем, как соблюдаются его заповеди- законы. Для Августина Блаженного они были чем-то вроде привычки Господа творить то, а не иное, — привычки, которой Он в любой момент мог изменить, дабы явить желанное чудо.

Законы лишь на какой-то миг (что сотни или тысячи лет перед вечностью, как не одно мгновение?) ограничивали всемогущую волю Господа, но вовсе не отменяли ее. Законы, насажденные Творцом, постижимы, а чудеса, как всякое исключение, лишь подтверждают суровую правоту правил.

В эпоху Возрождения религия и естествознание были все так же тесно переплетены друг с другом. Враждебные отношения ученых и богословов не стоит переоценивать. Науку и веру сплачивала глубокая, внутренняя общность. Их плодотворная связь не утрачивается и в дальнейшем. Так, Ньютон был истово верующим человеком, а Лейбниц усматривал в законах природы непреложную волю Господню. Само их существование свидетельствовало, в какой гармонии живет мир и как прекрасно все, что творит Бог. Верил в высший разум и Альберт Эйнштейн. Без этой веры вряд ли могла зародиться мысль о «формуле мироздания», описывающей все явления, что происходят в нашем мире.

Деятельность многочисленной плеяды ремесленников и инженеров эпохи Возрождения заставила людей Нового времени по-иному взглянуть на законы, данные Богом. Можно было не только подчиняться им, но и использовать их во благо себе, придумывая приборы, действующие по этим законам, вторгаясь в процессы, протекающие по этим законам, наконец, управляя самой природой, подчиняя ее себе, заставляя себе служить. Господь мог бы вмешаться в наш диалог с природой, лишая ее иногда возможности жить по закону, данному от века, и заставляя жить по закону Чуда Божьего. Но раз этого нарушения вековых правил не наблюдалось, новые поколения ученых решили, что Бог бездействует потому, что... Он умер, Его нет в природе, Он не от мира сего. Не допускавший все последние века исключения из правил мироздания, Бог был исключен из самого мироздания, как лишняя в нем сущность. Сухие строки формул заменили его. Но остается открытым вопрос: откуда мы знаем, что математический язык в точности — «один к одному» — отражает действительность? Уже сейчас для ее описания используются сложнейшие формулы, которые лежат на грани разумного. Что дальше?

Гипотеза о существовании в природе неких законов оказалась настолько эффективной, что ученые продолжали ее придерживаться, даже когда предполагаемый творец законов — Бог — был упразднен. Изгнание Бога лишь осложнило вопрос происхождения законов. Вечно ли они существуют? А, может быть, их «вечно» придумывают? В спорах о сущности законов природы выделяется несколько партий.

• Реалисты, или платоники, полагают, что законы природы существуют независимо от наших формулировок и определений. Они реальны, как стулья, полемически писал в своей книге «Мечта о единстве Вселенной» нобелевский лауреат Стивен Вайнберг: «Я отстаиваю реальность законов природы... Если мы говорим, что какой-то предмет реален, то тем самым просто выражаем своего рода уважение к нему. Мы полагаем, что к данному предмету надо отнестись вполне серьезно, поскольку не в нашей власти всецело контролировать его, а значит, мы в какой-то мере сами можем испытать его влияние».

Разумеется, законы природы заслуживают куда большего уважения, чем любые предметы. Ведь последние все же не могут ускользнуть из-под нашей власти. Мы вольны переставить стул, передвинуть стрелку часов, раздробить каменную глыбу, а вот повлиять на законы природы не можем. Сколько мы ни наблюдаем за Солнцем, мы не в силах изменить, например, силу его притяжения. Мы зависим от законов природы, а они от нас — нет. Эти законы не выдуманы нами, а открыты. И, подобно тому, как пустынный остров, затерянный в океане, существовал задолго до того, как его увидел человек, так и законы природы были математичны еще во время оно, а не только с тех пор, как их открыли. В этом убеждены и некоторые современные ученые, например, американский физик Александр Виленкин, выросший в СССР: «Надо полагать, что законы физики существовали «еще до того», как возникла Вселенная». По его мнению, сам факт рождения и становления Вселенной априори предполагает наличие определенных законов, по которым будет протекать ее развитие. Эта точка зрения близка традиции Платона, который верил в то, что за пределами видимого нами мира реально существует мир идей.

Позитивисты и номиналисты убеждены в обратном. «Я не соглашусь с Платоном, — заявляет Стивен Хоукинг. — Физические теории — это лишь математические модели, которые мы конструируем. Мы не можем задаться вопросом, что такое действительность, ведь мы не в силах проверить, что реально, а что нет, не прибегая к помощи разного рода моделей». Подобное мнение не ново. Физик и философ Эрнст Мах, ставший когда- то объектом нападок первого классика ленинизма, призывал ограничиваться лишь простыми математическими описаниями эмпирических процессов. А философ Людвиг Витгенштейн в «Логико-философском трактате» полемично заявлял, что «в основе всего современного мировоззрения лежит ошибочное убеждение в том, что так называемые законы природы суть объяснения явлений природы».

Прагматики, избегая крайностей, присущих сторонникам обоих научных лагерей, считают законы природы неким полезным подспорьем, помогающим довольно точно описать природные феномены. «Меня интересует модель, которая наиболее эффективно объяснит наблюдаемые факты, — подчеркивает американский физик и космолог Пол Стейнхардт. — Соответствует ли она реальности, это пустой вопрос. Модели всегда упрощают реальность. По сути дела, нам не очень даже важна реальность сама по себе. Мы нуждаемся, прежде всего, в модели, которая описывает многообразие сложных феноменов с помощью самых простых концепций, понятных нашему разумению и позволяющих предсказывать происходящее». Выступая перед студентами, Стейнхардт часто приводит следующий пример. По телевизору идет трансляция футбольного матча. В таком случае, пробуя предсказать, что произойдет в следующий момент, лучше всего полагать, что цветовые пятна на экране — это подобия футболистов, и дальше руководствоваться знанием футбольных правил и закономерностями игры как таковой. Конечно, можно прибегнуть к «более реалистичной» модели — вспомнить об особенностях электронно-лучевой трубки, об электромагнитных полях — в общем, обо всем том, что порождает цветовые сигналы на экране монитора. «Но знание этих основ электроники окажется бесполезным, если мы захотим понять, что произойдет в футбольной игре в следующую минуту. Итак, выбор модели зависит от того, какие задачи мы ставим перед собой. Реальность — это не всегда то, что вам хотелось бы, а вам хотелось бы понимания».

Конвенционалисты относятся к законам природы еще радикальнее. Для них они — не просто полезное подспорье, придуманное людьми, но еще и отражение определенных норм и традиций, укоренившихся в обществе. По их мнению, природа живет по законам, навязанным ей людьми, например, кастой богословов или ученых. Если утрировать сказанное, нет разницы в том, вращается ли Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли, важно лишь, какое мнение складывается об этом в обществе, а оно переменчиво, как и судьба закона, описывающего отношения нашей планеты и светила.

• Конструктивисты, или инструменталисты, рассматривают законы как средство описания природы. Они считают, что вести речь об истине или лжи бессмысленно и надо оценивать законы природы по другим критериям — практичны они или нет, понимая эту практичность в буквальном смысле слова, а именно, можно ли на их основе конструировать различные приборы, механизмы и измерительные аппараты. Натурфилософия в таком понимании — это прикладная техника, «набор новейших технических ноу-хау», заявляет Петер Яних, профессор философии Марбургского университета и автор книги «Границы естествознания: познавать значит действовать». По его словам, «пресловутые законы природы — это всего лишь высказывания о функционирующих машинах, высказывания, которые можно без особых преобразований использовать как инструкции по конструированию разного рода машин».

Подобные полемичные мнения, естественно, вызывают резкий отпор у тех, кто удивленно вопрошает: «Что можно сконструировать при помощи теории относительности или уравнения Шредингера? И разве планеты движутся вокруг Солнца только ради того, чтобы мы юстировали по ним наши телескопы и совершенствовали их конструкцию?»

На этом фоне куда более практичными выглядят соображения «реалистов». Ведь, с их точки зрения, можно объяснить, почему одни научные теории являются истинными, а другие — ложными. Природа — вот безжалостный, неподкупный судья, решающий, верна теория или нет. Не бывает нескольких отличных друг от друга, но одинаково истинных теорий, описывающих некий феномен. Непременно одна из них берет верх, а другие, несмотря на всю свою убедительность, оказываются ложными. Мы тянемся к истине, мы ищем ее. Но как выглядит истина в нашем толковании?

Простейшие законы природы — такие, как «зависимость силы тяготения от квадрата расстояния», — мы еще можем представить себе чисто геометрически. Но что прикажете делать с общей теорией относительности или квантовой физикой? С какой стати Матушке-Природе ведомы столь сложные конструкции, что они недоступны разумению большинства людей? Что если мы заблуждаемся, считая, что природа следует каким-то формулам? Закономерности ведь можно разглядеть в любом нагромождении случайных фактов.

Возможно, многие закономерности, принимаемые нами за неумолимые законы, являются лишь следствием нашей способности отыскивать определенные схемы в любых наблюдаемых процессах. Она укоренилась в нас еще в каменном веке. Чтобы выжить в ту эпоху, человеку приходилось выказывать недюжинную наблюдательность. От его взгляда не должна была уклониться ни одна подозрительная деталь — ни сломанная ветка, ни примятая трава. Иначе легко было стать жертвой хищника. У страха глаза велики, и наши далекие предки порой замечали опасность там, где ее вообще не было. Отыскивали знак зверя там, где не ступала его нога.

Вот и мы часто видим то, чего нет. Быть может, квантовая физика и астрология имеют больше общего, чем полагают многие. В том и другом случае — глядя в гороскоп или взирая на уравнение — мы хотим видеть то, что эти формулы обещают нам. И мы это видим.

Возможно, читатели не знают, что уравнение Шредингера, важнейшее уравнение квантовой физики, весьма вольно трактует реальность. Вот что сказано о нем в «Берклеевском курсе физики» Э. Вихмана:

«Теория уравнения Шредингера... основана на нескольких сильных допущениях, из которых мы отметим главные:

1) частицы не рождаются и не исчезают: в любом физическом процессе число частиц данного типа остается постоянным;

2) скорость частиц достаточно мала; лишь в этом случае возможно нерелятивистское приближение.

Мы считаем перечисленные допущения сильными, так как, во-первых, из опыта известно, что процессы рождения и аннигиляции частиц действительно происходят, а во-вторых, любая фундаментальная теория должна принимать во внимание принципы специальной теории относительности».

Так что, было бы поспешно заявлять, что законы квантовой физики идеально отражают действительность. Можно лишь отметить, вновь процитировав Э. Вихмана, «что применение теории Шредингера к атомным и молекулярным явлениям оказалось чрезвычайно успешным. В этой области ее следует считать, несмотря на ограниченность, хорошим приближением». Она достаточно верно предсказывает поведение элементарных частиц.

Итак, законы физики, равно как и гороскопы, имеют обыкновение «предсказывать» — нужно лишь правильно сформулировать их, сделав определенные допущения. На практике мы вынуждены пренебрегать многими факторами, мешающими проявлению этих законов. Так что, они определенно идеализируют природу и зачастую следуют особенностям нашего мышления. Порой мы готовы скорее придумать законы, чем их открыть.

Возьмем, к примеру, «закон сохранения энергии». Что будет, если он перестанет вдруг соблюдаться — в Микромире ли, в Макромире? Нас это не смутит. В его незыблемости мы уверены. Мы тут же, походя, выдумаем новую форму энергии — какую- нибудь энергию вакуума, — избавляющую нас от любых сомнений. И вот уже энергетический баланс восстановлен.

Так, например, когда масса видимой Вселенной оказалась недостаточной, чтобы соблюдались известные нам законы, пришлось «открывать на кончике пера» темное вещество, а затем и темную энергию. Логика рассуждений заставила нас признать, что мироздание на 95% состоит из материи, которая почти никак не заявляет о своем присутствии. Подобные открытия побуждают некоторых заявлять, что вся физика — фикция.

Вот любопытная гипотеза, объясняющая эволюцию законов природы. Представим себе камень, брошенный в воду. Он порождает волну, которая распространяется во времени и пространстве — направляется в будущее и бесконечность. Мы видим эту волну в следующую секунду в метре от нас; она бежит вперед, дальше... Уравнение, описывающее поведение подобных волн, имеет два решения. Первое из решений — «запаздывающее» — описывает поведение волны так, как ее видит наблюдатель. Можно прибегнуть к такой формуле: «Некие сигналы, испускаемые настоящим, воздействуют на будущее». Но есть и другое решение уравнения — «опережающее». Оно описывает все с точностью до наоборот. Откуда-то из бесконечной дали и из будущего к нам направляется некая едва различимая рябь. Наконец, достигнув «здесь и сейчас», она сгущается. Происходит сингулярное событие: из воды вылетает камень. Можно прибегнуть к такой формуле: «Настоящее улавливает некие сигналы, испускаемые будущим». Для этой волны время течет в обратном направлении.

На первый взгляд, подобное описание действительности есть сущая бессмыслица. А что если это не так? В свое время этой проблемой занялись два ведущих американских физика, Ричард Фейнман и Джон Уилер. Их интересовало, может ли существовать Вселенная, в которой встречаются оба описанных нами типа волн: волна, устремленная в будущее, и волна, что возвращается из будущего и воздействует на настоящее. Полученный результат таков: если предположить, что все волны действуют по принципу «фифти-фифти», то есть одна и та же волна наполовину «запаздывает», наполовину «опережает» будущее, то нет ничего невозможного в том, что будущее воздействует на наш сегодняшний мир. Самое удивительное, что подобный мир, воссозданный искусством математики и пребывающий под властью собственного будущего, мы не можем отличить от того мира, который нас окружает, и который мы видим перед собой. Мы живем в этом мире.

Американский физик Джон Крамер разработал гипотезу, которую он назвал «гипотезой встречи времен». Если атом испускает фотон, то из этого следует, что когда-нибудь этот фотон неминуемо будет поглощен. Первое событие — рождение фотона — может состояться только в том случае, если состоится второе событие — его поглощение. Оба события излучают волны, которые распространяются во времени. Одна направляется в будущее, другая спешит в прошлое. Посреди пространства и времени они встречаются. Итак, фотон может существовать лишь в том случае, если подтвердится, что оба важнейших для него события реальны, что он родится и погибнет.

(Как тут не применить эту гипотезу к человеческой судьбе? Из нее явствует, что все события, способные принести человеку смерть, — от глобальных катастроф до не рожденных пока микробов, — излучают определенные волны, которые беспорядочно минуют нас, пока, наконец, одна нас не заденет. Поясним этот процесс следующим сравнением. Представим себе, что рядом с улицей, по которой мы ежедневно ходим, спрятался слепой безумный автоматчик, изо дня в день стреляющий наугад очередями. Когда-нибудь его пуля непременно «заденет и поглотит вас». Так что все вокруг нас насыщено «миазмами» смерти, испускаемыми будущим.)

Законы природы могли бы возникать, как световые частицы. Если предположить, что те адресуются к самим себе, пребывающим за пределами нашего времени — в далеком будущем мире, то и законы природы мы вправе рассматривать с двух точек зрения. Первая — это привычная для нас причинно-следственная связь событий в настоящем. Это — «детерминированный» подход к мирозданию. Другая точка зрения — «телеологическая»: будущее влияет на настоящее. Волны проникают в будущее и прибывают оттуда. Посреди пространства и времени они встречаются и создают некий порядок: законы природы. Так сходятся две гипотезы: законы природы формируются исподволь, постепенно, но с другой стороны, их творит будущее.

...Впрочем, если все эти рассуждения покажутся вам слишком туманными, то почему бы тогда не согласиться с кредо британского историка Томаса Карлейля: «Я не притязаю на постижение Вселенной — она чересчур велика для меня».

(Из интервью немецкого физика Петера Мительштедта[* В 1965-1995 годах Петер Мительштедт был профессором кафедры теоретической физики Кельнского университета. В 2005 году в соавторстве с философом Паулем Вайнгартнером выпустил книгу «Законы природы».] журналу «Bild der Wissenschaft»)

— Можно бесконечно рассуждать о том, что такое законы природы и существуют ли они в реальности. Вы посвятили им целую книгу, которая так и называется — «Законы природы». Что вы понимаете под этим термином?

Мительштедт: Законы природы определяют ход природных процессов. Описывая природу, мы прибегаем к помощи универсальных законов, а также конкретных начальных условий. Последние характеризуют частные случаи и единичные факторы, а законы выявляют нечто общее в протекающих процессах.

— Что отличает законы природы?

Мительштедт: Они больше, чем просто законы логики или математики, а потому их можно опровергнуть эмпирическим путем. Конечно, последние действуют и в материальном мире, но они не являются подлинными законами природы. Многое, что мы принимаем за законы природы, оказывается при более пристальном рассмотрении логико-математическими законами. Особенно это касается квантовой механики.

— Законы природы есть только в физике или, например, в биологии тоже?

Мительштедт: Законы физики описывают универсальные категории материального мира. Это законы времени и пространства, это фундаментальные законы, обуславливающие поведение материи. Они действуют везде, в том числе в биологии. Существование же особых законов, применимых, например, только в биологии, — законов, которые нельзя свести к законам физики, — я считаю крайне невероятным.

— Для многих философов законы природы сродни платоновским идеям — они существуют где-то за пределами нашего материального, пространственновременного мира. Для других это — всего лишь полезное подспорье, помогающее описывать наблюдаемый нами мир, или даже особые категории нашего сознания. А каково Ваше мнение на сей счет?

Мительштедт: Законы природы — это артефакты, с помощью которых мы пытаемся постичь реальность во всей ее сложности и целостности. В природных феноменах мы отличаем простое и универсальное (законы) от сложного и характерного (начальные и краевые условия).

— А можем ли мы понять, является ли наш мир продуктом законов природы или же наоборот?

Мительштедт: Законы природы, которые мы стремимся выявить и сформулировать, должны действовать независимо от места и времени во всех возможных мирах. Они действовали еще до рождения нашего мира, и будут действовать до его скончания, да и после того. Так что именно они определили становление нашего мира — они сотворили наш мир.

Александр Грудинкин

Мир наших констант

Фундаментальные константы — основа теоретической физики, но их природа загадочна. Если бы хоть одна из них немного изменилась, в нашей Вселенной никогда бы не зародилась жизнь. Неужели мы живем в космосе, который и впрямь создан неким Творцом? А, может, нам повезло, и мир случайно возник таким, каков он есть? Или наша Вселенная окружена множеством параллельных миров, наделенных самыми разными свойствами?

Над решением этой проблемы давно бьются физики, философы, богословы. Физические константы поразительно точно согласованы друг с другом. Если бы они были хоть немного иными, то не возникло бы ни звезд, ни планет, ни живых существ, ни, разумеется, ученых, пытающихся понять тайны мироздания. Мы живем во Вселенной, где при малейшем изменении любой из констант жизнь пресеклась бы. И, тем не менее, мы живем в этой Вселенной. Так неужели та уникальная комбинация законов природы и физических констант, давшая нам жизнь, абсолютно случайна? Этот вопрос все чаще обсуждается на страницах научных изданий.

«Хотя физические константы — это всего лишь числа, на самом деле они гораздо больше, чем просто числа. Они — тайный шифр, с помощью которого мы, наверное, когда-нибудь разрешим загадку мироздания, — полагает Джон Бэрроу, профессор Кембриджского университета и автор вышедшего недавно бестселлера «1 х 1 мироздания». — Физические константы кодируют фундаментальные тайны Универсума. Они выражают вкупе пределы нашего знания и незнания. С одной стороны, мы готовы все точнее измерять значения этих констант, а, с другой стороны, истолковать их не можем — не объяснили до сих пор смысла ни одной из констант».

Эти наборы цифр, именуемые константами, скрывают от нас последнюю тайну мироздания. Система констант напоминает затейливо выстроенный карточный домик. Пока ни одна карта не дрогнет, непоколебимо высится вся постройка. Однако стоит изменить положение хоть одной карты, как конструкция зашатается и рухнет.

Физики любят и ненавидят константы одновременно. Теоретическая наука немыслима без них, но ученых язвит мысль, что некоторые константы открыты их коллегами «на кончике пера» — добавлены в уравнения «ради стройности теории».

В учебниках физики к константам такое же благоговейное отношение, как в Книге книг к десяти заповедям Господним. Что же такое эти загадочные величины? Они и впрямь универсальны? «Если говорить о физике, они суть высшее откровение, которое может быть явлено разумным существам, населившим Вселенную», — отозвался о них Бэрроу. Почему же константы приняли те значения, какие приняли? И могут ли они стать иными, то есть измениться, если они — константы?

Мир, созданный Homo technicus, основан на наших представлениях о законах, действующих в природе, на знании их. Физические константы — неотъемлемая часть этих законов, их обязательная составляющая. Если сравнить мир, который «построил Бог», с домом, который горазд построить любой Джек, то законы природы — это строительный план, по которому будет возводиться дом, а константы — то, что скрепляет отдельные части дома, будь то клей, раствор, гвозди и винты. Физические константы, как выразился обозреватель немецкого журнала «Bild der Wissenschaft», это «цемент мироздания». Их можно назвать еще и PIN- кодом нашей Вселенной, без знания которого не откроются ее тайны. Их точное знание нужно для того, чтобы объяснять, постигать и предсказывать явления, наблюдаемые в природе, а также чтобы проверять справедливость научных теорий и гипотез.

Пока же невозможно даже оценить, сколько всего существует подобных констант. Во-первых, очевидно, удалось отыскать еще не все константы, а, во-вторых, некоторые из них, считающиеся фундаментальными, видимо, можно свести к другим константам или получить путем сложных математических вычислений.

В Стандартной модели элементарных частиц насчитывается 26 констант, измеренных экспериментальным путем и используемых в теоретических расчетах. Немалую часть их составляют значения массы элементарных частиц — кварков, лептонов, бозонов. Уже сейчас теоретики косо смотрят на эту «табель мер и весов», считая, что 26 констант в одной только квантовой физике — явный перебор.

А ведь на уровне кварков и лептонов мир не кончается. Константы есть и в Макрокосме. Пока никто не скажет, сколько их требуется, чтобы скрепить неколебимые устои мироздания. Всего в новейшем перечне, который составила группа известных физиков — Макс Тегмарк, Энтони Агирре, Мартин Рис и нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек, — содержится 11 космологических констант.

Вместе с постоянными, правящими миром на уровне Микрокосма, получается: 11 + 26. Итого 37 констант, но споры об их числе продолжаются. В этой дискуссии давно наметился радикальный поворот. Физики пытаются определить минимальное число констант, описывающих мир.

Так, по мнению известного российского физика Льва Окуня, теоретически достаточно трех фундаментальных констант — скорости распространения света в вакууме (c), гравитационной постоянной (G) и постоянной Планка (h). «Три фундаментальные константы — это единственно возможный базис, пригодный для описания основ физики. Все свыше этого было бы лишним».

Кстати, еще в 1874 году английский физик Джордж Стони предложил «троицу физических первосущностей»: скорость распространения света в вакууме (c), гравитационную постоянную (G) и элементарный электрический заряд (e), существование которого он предположил незадолго до того (то есть заряд электрона. — А.Г.). В 1899 году Макс Планк заменил в этой троице заряд электрона квантом действия (h), за которым закрепилось название «постоянной Планка», — основным параметром квантовой физики. Он помогает вычислить «длину Планка», «время Планка» и «массу Планка», а значит определить три основополагающих физических характеристики — длину, время и массу.

Однако три «первосущности» — не предел. Сам Планк мечтал о теории, в которой найдется место одной-единственной константе, а все остальные станут производными от нее. Итальянский физик Габриель Венециано, внесший немалый вклад в развитие теории струн, намерен обойтись двумя константами: скоростью света и новой, пока еще спорной константой — длиной струны (ls). Последняя играет важнейшую роль в теории струн, согласно которой все элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия определяются вибрацией неких микроскопически крохотных струн (см. «З-С», №3/2003). Постоянная Планка, как и гравитационная постоянная, — лишь производные от длины струны.

Майкл Дафф из Мичиганского центра теоретической физики поступил еще радикальнее — упразднил все физические константы, считая их «произвольными конструкциями, плодом наших умствований». Упомянутая выше троица базовых констант (G, c, h), по его мнению, лишь трансформирует одни размерности в другие. (Скорость света преобразует энергию в массу (E = mc²), h — энергию в частоту (E = hv), а G посредством радиуса Шварцшильда — массу в длину (R = 2GM/c²). Ученым же следует поискать некие мерила, «подлинно существующие в природе», пишет Дафф, например, характеристики черных дыр.

Открытия, сделанные в последние десятилетия, являют нам неожиданную истину: сам факт существования нашей цивилизации обусловлен тем, что физические константы приняли единственно верные значения, при которых только и возможна жизнь на Земле. Физики и космологи говорят о невероятно точной юстировке «вселенского хаоса», сравнимой, хотя бы приближенно, с настройкой концертного рояля, где сотня струн должна издавать гармонично сплетающиеся звуки. О, если бы речь шла только о сотне струн, а не о протянувшемся в бесконечность мироздании!

Все чаще слышатся разговоры об «антропном принципе», о том, что мир устроен так, чтобы здесь мог жить человек. Если бы не было этой изначальной мировой гармонии, то Вселенная была бы безвидна и пуста. Ученые не хотят верить в странное совпадение, в «ее величество Случайность», а потому ищут разгадку космического чуда.

«Мы знаем, что крохотные оазисы, в которых физические константы принимают нужные нам значения — значения, благоволящие зарождению жизни, — окружены бескрайними пустынями параметров, что исключительно враждебны жизни», — так охарактеризовал нынешние научные представления немецкий физик Хеннинг Генц, автор книги «Как законы природы сотворяют реальность?».

Поразительно, что эти «оазисы» существуют, что Вселенная со всем ее многообразием все-таки возникла. Но в чистой ли случайности дело? Чем объяснить согласие «космического оркестра»? У всякой случайности должна быть своя подоплека! Есть разные объяснения точной настройке «вселенского механизма».

• Теория «мировой формулы». Все предопределено некоей фундаментальной теорией — «формулой мироздания», «мировой формулой», обуславливающей все и вся. Мир — лишь форма проявления той изначальной сущности, что диктует константам их значения.

Теория «мирового ансамбля». Есть множество параллельных Вселенных (см. «З-С», №12/2006), имеющих свои специфические параметры. Среди них — наша, чего доброго, единственная, где могла зародиться жизнь.

Теория «Творца». Образ нашего мироздания предначертан свыше — Природой или некоей сознательной силой, диктующей миру его свойства.

В некотором роде эти объяснения даже не противоречат друг другу. Например, может существовать множество Вселенных, обладающих самыми разными свойствами, причем все их создал некий «Творец» — Бог, что, впрочем, не в силах доказать ни современные ученые, ни, может быть, и Он сам — что ж, на все воля и неволя Господня!

Предельно полное объяснение сути физических констант может дать «мировая формула» — фундаментальная теория, которую искал в последние годы жизни Альберт Эйнштейн. Искал, правда, без особого успеха. Сегодня эта теория возрождается под разными именами: «теория струн», «М-теория», «квантовая гравитация», «квантовая геометрия» или даже «теория всего».

Суть надежд — и кредо своей веры — Эйнштейн выразил в 1945 году в письме к своей бывшей студентке Ильзе Розенталь-Шнайдер (защитив диссертацию по философским аспектам теории относительности, та преподавала историю и философию естественных наук в Сиднее, куда эмигрировала незадолго до войны): «Теория, основные уравнения которой не содержат в явном виде некие рациональные, то есть выводимые математическим путем, константы, должна быть каким-то образом составлена из логически не связанных друг с другом элементов».

Вопрос о физических константах — «это один из самых интересных вопросов вообще, какие только можно, пожалуй, задать», писал он своей ученице. Откуда они произошли? Уж не «выбрал ли их Бог в некотором роде наобум, взявшись за сотворение мира»? И далее: «Но я не могу себе даже представить целостную, разумную теорию, которая включала бы хоть одно число, произвольно, по своей прихоти, выбранное Творцом, число, на месте которого могло бы оказаться любое другое, причем мир в своих закономерностях стал бы тогда качественно совершенно иным».

(Здесь следует заметить, что, как и в других своих высказываниях, Эйнштейн подразумевал под словом «Бог» вовсе не ту умозрительную фигуру, которой поклоняются приверженцы монотеистических религий, а некий символ, в коем сфокусирована сама суть природы мироздания — те самые законы природы, которым подчиняется все сущее.)

Эйнштейн последовательно стремился вытравить все произвольное, случайное, «слеповдохновенное» и из научных теорий, и из той целостной картины мира, которую ученые воссоздают посредством своих теорий. Ему решительно не нравился произвол ни в квантовой физике («Бог не играет в кости!»), ни в мире физических констант, одни из которых взяты как будто «с потолка». Для него случайное было заведомым знаком того, что теория не продумана до конца, а реальность не до конца исследована. Случайность, верил Эйнштейн, исчезнет в той глубине глубин, где коренятся все известные нам научные теории — в той «мировой формуле», из которой и вытекают истинные законы существования природы. Наши константы — лишь производные этих законов, и «их значения целиком определяются логикой совокупной теории». И вновь он возвращался к той самой теме, так волновавшей его: «В законах природы нет места безразмерным константам, которые, исходя из каких-то чисто логических соображений, могли быть заменены совершенно другими константами. В противном случае я, пожалуй, не мог бы «доверять» даже Богу, вот только мало кто разделяет мое мнение».

Тут уместно вспомнить и известного британского физика Стивена Хоукинга, по словам которого ученые призваны показать, что «во Вселенной нет ничего случайного». Возможно, в будущем все же удастся объяснить, какова связь между отдельными физическими константами, и это толкование станет «формулой всего».

Однако на проблему можно взглянуть и с другой стороны. Что если мы живем не в единственном из миров, а в одном из множества миров — в лучшем из лучших/худших? Быть может, Природа необычайно расточительна в своих свершениях, и, наряду с нашим мирозданием, породила мириады миров, устроенных по другим принципам? И что если наша Вселенная приспособлена для жизни лишь потому, что, наряду с ней, есть бессчетное число миров, где не найти и следа человека, где он просто не мог появиться?

Подобный ответ, например, дает одна из самых популярных теорий современной физики — теория струн. К слову, Леонард Зускинд из Стэнфордского университета недавно шокировал коллег проблемой астрономически большого числа решений этой теории. По его расчетам, оно лежит в пределах от десяти в сотой до десяти в тысяча пятисотой степени. Таково количество возможных вакуумных состояний — и соответственно возможных Вселенных, в которых действуют различные законы и имеются разные физические константы.

Эта модель вполне согласуется с теорией «космической инфляции», согласно которой наш мир сразу после Большого Взрыва расширялся со сверхсветовой скоростью. В процессе инфляции либо возникли разные Вселенные, либо отдельные части нашей Вселенной начали жить по разным законам физики — отдельные, невероятно отдалившиеся друг от друга части Вселенной.

Гипотеза «параллельных Вселенных» — «Мультивселенной» — заставляет нас по-новому взглянуть на поразительно точное соответствие физических констант. Это чудо точности объяснимо лишь нашим положением наблюдателей. Находясь в той части мироздания, где жизнь возможна, мы видим и впрямь, что она возможна, что этому благоволят законы физики — законы, действующие только в том «подлунном мире», где мы родились. (Вот так и в повседневной жизни мы спешим делать выводы из наблюдаемых фактов, не замечая их уникальности, не замечая, что, окажись мы в другом положении, живи в другом городе, другой стране, другой данной нам в ощущениях реальности, наши выводы были бы совершенно иными. Подобный недосмотр, например, подстерегает социологов в случае, если их выборка нерепрезентативна.)

Точно так же, если мы внезапно перенеслись хотя бы на Меркурий или Плутон, у нас вряд ли возникло бы желание говорить об «антропном принципе» — о «лучшем из миров». Лишь Земля точнехонько затесалась в ту область, где только и возможна жизнь. Природа сотворила бесчисленное множество «декораций», но наша жизненная драма будет сыграна на одних-единственных подмостках — там, где мы имели счастье родиться.

Теория «параллельных Вселенных» решительно порывает с представлением о нашем особом положении в этом мире. Когда-то Коперник дерзко заявил, что Земля — не «пуп мироздания». Времена меняются, и теперь весь наш космос — лишь бледная тень в бесконечном хороводе других миров.

Разумеется, эта теория диаметрально противоположна взглядам на Вселенную как место, исключительно приспособленное для жизни человека. И, наоборот, вера в «антропный принцип» выводит нас из многоликого морока миров и оставляет один на один с их Творцом, ведь этот принцип можно трактовать как новое слово в традиционном богословии, обновленном в соответствии с реалиями науки.

«Мир создан Творцом» — в этом по сей день убеждены последователи модного кредо — креационизма (см. «З-С», № 6/2007). «Неужели Бог за миллиарды лет до Эйнштейна занимался тем, что саморучно выводил сложнейшие формулы современной физики, чтобы описать образ мира?» — иронично ответствуют ученые, которым ближе теория «параллельных Вселенных». И с долей некоторого прагматизма добавляют, что, будь Бог и впрямь Зиждителем нашего мира, он явно просчитался, допустив нецелевое расходование средств. Все эти бессчетные галактики, облачками проглядывающие на ночном небосводе, были, пожалуй, «лишней тратой сил», «материей, выброшенной на космический ветер». Нам на Земле отлично жилось бы и без них — как живется и вам без россыпи песо в кармане чилийского студента. Зачем же их сотворил Бог, чертивший и кроивший лучший из миров?

Кроме того, наша Вселенная устроена гораздо сложнее, чем того требует зарождение жизни. Если вероятность появления Солнечной системы, а значит, и жизни в ней, составляет 1 : 10¹⁰ , как посчитал Роджер Пенроуз из Оксфордского университета, то вероятность появления нашей Вселенной гораздо ниже и равна 1 : 10¹⁰ .

Но если бы даже удалось доказать, что мы и впрямь живем во Вселенной, выстроенной по определенному проекту, то это все же не стало бы доказательством бытия Божьего. Ведь наш Универсум мог быть результатом грандиозного эксперимента, проводимого за его пределами, ну, а мы — подопытным материалом, способным к саморазвитию.

Так, Эдвард Харрисон из Массачусетского университета, автор одного из лучших учебников по космологии, предполагает, что Вселенная — продукт творчества космических инженеров. Они наверняка сделали множество попыток, прежде чем достигли желаемого. Они, словно наши современники-экспериментаторы, целенаправленно меняли свойства вселенской материи, отстроив мир так же точно, как отлаживает свою программу какой-нибудь умник из «Силиконовой долины».

Разумеется, подобная гипотеза напоминает скорее эпизод научно-фантастического фильма. Для чего космическим инженерам множить миры, как некогда оппонентам Оккама — сущности? Ради любопытства? Ради желания сеять разумную жизнь? Ради расширения жизненного пространства, раз уж их мир, предположим, оказался на грани гибели? И как «космические инженеры» провернули это дельце, дав толчок развитию жизни на миллиарды лет вперед? Тут умолкает и Харрисон...

Впрочем, космологи уже сейчас размышляют над тем, как сотворить Вселенную из ничего. Например, живущий в США российский физик Андрей Линде озаглавил одну из статей, опубликованных в журнале «Nuclear Physics», ни много, ни мало так: «Высокое искусство творения Вселенных».

Основная идея в данном случае восходит к работе Алана Гута и Эдварда Фархи из Массачусетского технологического института. Они предложили в лабораторных условиях сжать под большим давлением от 10 до 100 килограммов элементарных частиц с энергией покоя порядка десяти в пятнадцатой степени гигаэлектронвольт, пока не образуется миниатюрная черная дыра. Потом она начнет экспоненциально расширяться. Так образуется дочерняя Вселенная с собственным пространством-временем. Она мгновенно отделится от своей прародительницы.

«Никаких катастрофических изменений не произойдет; пропасть под ногами не разверзнется», — отметает возможные возражения Андрей Линде, хотя никто не гарантирует, что в родительской Вселенной не начнется «цепная реакция самоуничтожения».

В рамках модели «хаотической инфляции» Линде усовершенствовал «рецепт сотворения мира». В его версии достаточно нескольких сотен миллиграммов вещества. Впрочем, практической пользы от эксперимента он не видит. «Нельзя перекачать энергию дочерней Вселенной в наше мироздание. Нельзя прошмыгнуть в новую Вселенную, ведь в момент зарождения она микроскопически мала и невероятно плотна, а, едва возникнув, отделяется от нашей. Нельзя даже послать весточку в тот неведомый мир. Если бы мы попытались выгравировать какую-нибудь надпись «на поверхности» сотворенной нами Вселенной, то через миллиарды и миллиарды миллиардов лет ее обитатели жили бы где-нибудь в уголке одной из букв» — вся остальная надпись разлетелась бы сказочно далеко. Таков неизбежный результат космической инфляции.

И все-таки, по словам Линде, подобные эксперименты не совсем безнадежны. Лазейка имеется. «Надо зашифровать наше послание в свойствах дочерней Вселенной, то есть в ее законах природы». Уникальное сочетание физических параметров могло бы навести на серьезные размышления.

«Разве это не повод, чтобы задуматься над свойствами нашего прекрасного, но не вполне идеального мира? — вопрошает Линде. — Чего доброго, и наше мироздание тоже сотворено, но не Господом Богом, а каким-нибудь физиком-хакером? Если это так, то, судя по результату, парень проделал очень большую работу. Надеюсь только, что он не допустил слишком много ошибок!»

Подобные сценарии и гипотезы можно принять за попытку новыми средствами возродить архаический миф о сотворении мира. Правда, традиционный Бог, каким мы его знаем по канонам монотеистических религий, здесь субъект явно лишний. В эпоху торжества науки и Бог не может обойтись без «высшего образования».

Ну, а если отрешиться от продукта творчества — привычного для нас мира, — возникает тот же извечный вопрос: «А кем был сотворен мир, в котором живут всемогущие космические инженеры? Другими инженерами? А их мир? Тоже? Так из какой реторты вывелся весь этот Вс(еленский)НИИ?» Получается какая-то бесконечная сказка. Мы все отодвигаем решение проблемы, придумывая очередной мир-посредник между нами и сакраментальным «Откуда мы?»

«Фантазия Харрисона может объяснить происхождение мира, — подчеркивают оппоненты, — но лишь ценой подмены изначальной проблемы проблемой еще более сложной».

Да и сам «антропный принцип» не побуждает ли нас невольно подменить суть проблемы? «Если нам кажется, будто природа устроена так, что отдает предпочтение жизни, то нам следовало бы поосторожнее обращаться с подобным «открытием» и не уподобляться в своей логике средневековому монаху, который полагал, что нужно возносить хвалы Господу за то, что Он попустил так, чтобы солнце светило на небе днем, а не ночью, когда мы спим и не в силах оценить данные нам блага, — иронизирует Рудольф Киппенхан, бывший директор Института астрономии при Обществе имени М. Планка. — Если бы жизнь не могла приспособиться к любой Вселенной, как человек — ко дню и ночи, стоило бы удивиться тому, что она вообще существует!» Не Вселенная приноравливается к жизни, а живые организмы — к Вселенной.

Модель, разработанная Энтони Агирре из Калифорнийского университета, и впрямь показывает, что жизнь, подобная земной, может существовать даже во Вселенной, не похожей на нашу.

Допустим, возникнет Вселенная, в которой фотонов будет столько же, сколько протонов и нейтронов, а не в миллиард раз больше, как сейчас. В ней не окажется темного вещества, а флуктуации плотности первородного газа будут встречаться в 10 тысяч раз реже, чем в нашей Вселенной, зато космологическая константа заметно возрастет. Уже в первые секунды существования этого мирка начнется образование тяжелых элементов, а через несколько сотен лет появятся звезды, окруженные устойчивыми планетными системами. Однако геометрия этой Вселенной будет непривычной. Компактные звездные скопления быстро окажутся разделены огромными пустотами, и наши братья по разуму почувствуют себя затерянными в океане тьмы, простертом за границей их маленького мирка.

Работа Агирре — одно из первых прикладных исследований на тему пределов применения «антропного принципа». Еще несколько таких работ, и поборникам теологии впору будет задаться вопросом: «Если Господь создал этот мир для нас, то кем он населил все остальные миры, в которых возможна жизнь? Лучшими или худшими творениями?» («Лучшими, лучшими», — подсказывают мне домашние, прослушав очередную сводку новостей, то есть перечень войн, взрывов, убийств и катастроф.)

• Если бы число пространственных и временных измерений было иным, то траектории движения планет и электронов стали бы неустойчивыми, а скорость распространения электромагнитных волн изменилась бы.

• Если бы плотность темной энергии приняла другое значение, то Вселенная начала бы чересчур быстро расширяться или сжиматься. В таком случае не успели бы образоваться галактики и звезды.

• Если бы после Большого Взрыва энтропия не была так мала, то наша Вселенная давно пребывала бы в термодинамическом равновесии и в ней не возникли бы никакие сложные структуры.

• Если бы флуктуации плотности первородного газа через 380 тысяч лет после Большого Взрыва встречались в десятки раз реже или чаще, то температура галактик оказалась бы слишком высока и соответственно высока была бы плотность звезд. А потому планеты не удержались бы на своих орбитах, испытывая мощное притяжение светил.

• Если бы сильное взаимодействие, скрепляющее атомные ядра, было на несколько процентов слабее или сильнее, то процесс термоядерной реакции в недрах звезд прекратился бы и не произошел синтез тяжелых элементов, не образовался углерод — основа всей известной нам жизни, а, возможно, не возникло вообще никаких звезд.

• Если бы слабое взаимодействие было несколько сильнее или слабее, то почти весь водород вскоре после Большого Взрыва превратился бы в гелий, перестали взрываться сверхновые звезды, а ведь благодаря этим взрывам происходит синтез тяжелых элементов — основного сырья для новых звезд и планет.

• Если бы электромагнитное взаимодействие, удерживающее, в частности, электроны возле атомных ядер, было в десятки раз сильнее, то атомы утратили бы стабильность, перестали бы существовать макроскопические тела, а химические реакции, обуславливающие зарождение жизни земного типа и ее эволюцию, протекали бы слишком медленно.

• Если бы сила гравитации была несколько сильнее или слабее, то Вселенная давно пережила бы коллапс или настолько быстро расширилась, что такие звезды, как Солнце, просто не успели бы зародиться или срок их жизни не превысил бы миллиона лет.

• Если бы электроны не были гораздо легче протонов, то не образовались бы твердые тела и не могли протекать большинство химических реакций, лежащих в основе жизненных процессов.

• Если бы атомы были крупнее и массивнее, то они утратили бы стабильность.

Рафаил Нудельман

Пари профессора Смолина

Известно, что физики любят шутить. Менее известно, что еще больше они любят пари. В лабораториях и университетах всего мира то и дело заключаются пари по самым разным вопросам — разумеется, научным.

Ставки в этих спорах бывают разные. Иногда это бутылка шампанского или виски, иной раз — заправка полного бака автомашины, в одном знаменитом случае — «Энциклопедия бейсбола» (см. «З-С», №4/2005). Но главное в таком пари — не размер выигрыша и даже не сам выигрыш. Пари заключаются, чтобы привлечь внимание коллег к какому-то важному спорному вопросу. Самые знаменитые споры входят в физический фольклор. Их перечень забавен и нескончаем.

Прославленный Ричард Фейнман поспорил на доллар, что законы физики не изменятся, если перейти в зеркальный мир, — и проиграл, когда Ли и Ву показали, что это не так. Не менее знаменитый Стивен Хокинг купил астрофизику Торну годичную подписку на журнал с голыми девочками, проиграв спор о неком важном свойстве «черных дыр». Одно из самых парадоксальных пари проиграл физик Тинг: когда разошелся слух, что он открыл некую частицу, его конкурент в поисках этой частицы Мел Шварц предложил ему пари, утверждая, что она действительно существует. Шварц хотел таким образом проверить, нашел ли уже Тинг эту частицу, а Тинг, который ее и в самом деле нашел, хотел оттянуть время для окончательной проверки своего открытия. Кончилось тем, что в печати появились сразу две статьи об открытии этой частицы — и Тинга, и Шварца, и оба они затем получили за это Нобелевскую премию...

Но то пари, о котором речь пойдет здесь, пока еще не принесло такой премии ни одному из спорщиков, хотя его предмет настолько серьезен, что кажется дальше некуда. В 1992 году физик Ли Смолин вызвал на спор коллег, предложив им опровергнуть его «безумную» идею о «живом Космосе». И вот недавно, спустя 15 лет, другой физик, Александр Виленкин, объявил, что он нашел ошибку в рассуждениях Смолина.

Расскажем подробнее. Смолин выдвинул предположение, что в Большой Вселенной действует нечто вроде дарвиновской эволюции, а именно — происходит «естественный отбор» вселенных по определенному качеству, и больше становится таких вселенных, у которых этого качества больше. Это качество, по Смолину, состоит в способности данной вселенной порождать «черные дыры».

Теоретические расчеты свойств таких «черных дыр» показали, что внутри «черной дыры» пространство-время «отпочковывается» от пространства-времени в окружающих участках и образует особую вселенную, отдельную от нашей, так сказать, «бэби-вселенную». Смолин предположил, что она, подобно живому ребенку, наследует свойства «вселенной-мамы», В частности, если «вселенная-мама» обладает свойством производить много «черных дыр», то и все «бэби», рождающиеся внутри таких «дыр», будут, в свою очередь, рождать много «дыр» — стало быть, таких «бэби» будет становиться все больше, и, в конце концов, в Большой Вселенной начнут существенно преобладать вселенные, способные порождать много «черных дыр» (так сказать, склонные к «многодетности»). Этот итог можно представить иначе. Если вообразить себе существо, способное откуда-то «извне» заглядывать в разные вселенные, существующие в Большой Вселенной, то его взгляду чаще всего представятся именно «многодетные» вселенные.

Теперь уже явно назрело время объяснить, что это за Большая Вселенная и вообще — на какие серьезные вопросы призваны ответить эти умственные игры.

Главный из этих вопросов состоит в следующем: как объяснить, что наша Вселенная как будто бы специально «подогнана» для того, чтобы в ней могла возникнуть жизнь и тот (наш) мыслящий разум, который ее, эту Вселенную, в данный момент наблюдает и о ней рассуждает? Поначалу этот вопрос непонятен. Все мы вроде бы знаем, что Вселенная родилась в результате Биг Бэнга, а потом в ней зародилась жизнь и в ходе естественной эволюции развилась до мыслящих существ — конечно, не везде, а только там, где для этого существовали подходящие условия, но ведь Вселенная велика — вот нам, на Земле, и выпали такие условия...

Увы, этот простой ответ недостаточен. Дело в том, что существует некий факт, противоречащий такому рассуждению. Факт этот связан с одной особенностью тех фундаментальных физических параметров нашей Вселенной, которые сделали принципиально возможным появление в ней жизни. Эти физические параметры называются фундаментальными не в том смысле, что они универсальны, то есть одинаковы для всей Вселенной (как, например, скорость света или постоянная в законе всемирного тяготения), а в том, что они остаются в формулах основных физических законов даже тогда, когда эти формулы преобразованы так, что все обычные универсальные постоянные (вроде той же скорости света) в них уже не появляются.

Очень хорошо объяснил значение и важнейшую особенность этих фундаментальных постоянных физик Джон Бэрроу на примере одной из них — так называемой постоянной тонкой структуры, которая в физике обозначается греческой буквой «альфа». Это безразмерная величина, образованная из трех универсальных постоянных, скорости света, заряда электрона и постоянной Планка, и численно равная единице, деленной на 137. Так вот, как пишет Бэрроу: «Можно было бы думать, что свойства мира определяются такими универсальными постоянными, как скорость света, заряд электрона или постоянная Планка, но это не так. Если бы даже каждая из этих постоянных изменилась (например, скорость света вдруг стала бы другой или заряд электрона увеличился вдвое), но изменилась так, что численное значение «альфа» по-прежнему осталось бы равным одной сто тридцать седьмой, мир тоже остался бы прежним, и мы никогда не смогли бы опознать, что в нем что-то изменилось. Но если «альфа» изменится хотя бы на одну миллионную, свойства нашего мира станут совершенно другими — например, в нем не сможет существовать жизнь».

Есть и другие фундаментальные (и тоже безразмерные) постоянные, и их тоже отличает тот факт, что даже крохотное изменение их величины влечет за собой весьма существенное, качественное изменение свойств мира. Таково, например, отношение массы электрона к массе протона, обозначаемое другой греческой буквой, «бета», и приблизительно равное единице, деленной на 1836. Чуть не несколько десятков других перечисляются в статье канадского философа религиозного толка Джона Лесли «Предпосылки жизни в нашей Вселенной», опубликованной в 1988 году в изданной в Ватикане книге «Ньютон и новая физика». Большинство из них являются производными от нескольких основных, но Лесли назвал и производные, потому что ему хотелось показать, как их много, и тем самым подвести читателя к неизбежному выводу, что мы живем благодаря некому «чуду», в силу которого фундаментальные постоянные нашего мира оказались в точности такими, при которых только и может существовать жизнь. А раз она все-таки возникла (чему свидетельством наше существование), значит, все эти параметры до единого были «кем- то» подогнаны специально для нас.

Джона Лесли можно понять. Это ощущение «чуда» может возникнуть и у неверующего, столкнувшемуся хотя бы с одним примером такой тончайшей «подгонки». Вот один из них — образование углерода. Наша жизнь, как известно, построена на углеродных атомах, потому что только они (да еще атомы кремния) способны образовывать те длинные молекулярные цепи, которые мы именуем ДНК, белки и т.п. и которые обладают свойствами, обеспечивающими обмен веществ, размножение, возможность мутаций и наследственность, — все то, что называется жизнью.

Когда астрофизик Фред Хойл впервые проанализировал образование углерода, не все тонкости реакций были известны, и рассчитать, насколько их исход зависел от величины постоянных, было трудно. Но сейчас это стало возможным, и произведенный в 2000 году расчет Оберхаммера, Счета и Шлатла показал, что изменения «альфа» всего на 4% или постоянной ядерных сил всего на 0,4% могли изменить скорость образования углерода или кислорода в целых 1000 раз! Но принципиальная сторона дела была ясна уже и Хойлу — не случайно он тогда же заметил: «Трудно не заинтересоваться этими странными безразмерными числами, которые появляются в физике и от которых, в конечном счете, оказываются зависящими энергетические уровни атомных ядер. Что, эти числа остаются вечно неизменными, подобно атомам в представлении физиков XIX века? А может ли существовать непротиворечивая физика при других значениях этих чисел?»

Сам Хойл видел два возможных ответа на свой вопрос: либо эти числа имеют возможное единственное значение, и тогда должна существовать возможность вывести их из основных физических законов, либо они «флуктуируют» от места к месту, и их значение в нашей части Вселенной чисто случайно оказалось таким, что здесь стала возможной жизнь. Современная физика не так уж далеко ушла от Хойла. Часть ученых считает сегодня, что все фундаментальные постоянные извечно постоянны и могут быть выведены из основных физических законов (хотя это мнение то и дело оспаривается, когда какое-нибудь очередное исследование как будто указывает, что в далеком прошлом нашей Вселенной какая-то «альфа» была не такой, как сегодня; последний раз этот спор вспыхнул не далее, как в апреле 2006 года). Другая часть физиков склоняется ко второй мысли Хойла: значения постоянных могут быть разными, но не в разных частях одной и той же Вселенной, а — в разных вселенных.

Теперь мы вернулись к поставленному выше вопросу — что это за «разные вселенные»? Мысль о возможной «множественности вселенных» уже давно гуляет в современной космологии, и истоки у нее тоже множественные. В одном варианте она связана со странными свойствами элементарных частиц, которые в чем-то так похожи на волны, что могут одновременно проходить через два разных отверстия; не верящие в это физики выразили убеждение, что на самом деле всякий раз, как частица проходит такую установку, Вселенная расщепляется на две — в одной из них частица проходит через одно отверстие, в другой — через другое. Совсем иначе возникает «множество вселенных» (или Большая Вселенная) в теории Биг Бэнга. Там крохотный первичный сгусток, из которого родилось «все», начал (в первые же невообразимо малые доли секунды после взрыва) так быстро расширяться, что отдельные его части не успели выровнять свои параметры друг с другом. И в итоге образовали совокупность соседствующих «отсеков», каждый из которых — это отдельная вселенная со своими значениями фундаментальных постоянных, своими законами и своей физикой; некоторые, возможно, вообще пусты, потому что их значения постоянных оказались такими, что вещество полностью аннигилировало с антивеществом. Мы живем в одной из таких вселенных, где значения постоянных позволили жизни возникнуть.

Есть и другие сценарии появления Большой Вселенной (теории Уилера, Линде и других). Упомянем лишь о еще одном — том, из которого исходил в своей «безумной» идее Ли Смолин. Если помните, по принятому им сценарию все эти разные «бэби-вселенные» образуются внутри «черных дыр», родившихся внутри неких «материнских» вселенных.

Дело в том — теперь можно раскрыть «секрет», — что Смолин на самом деле выдвинул свою «безумную» идею не просто так, в приступе праздномыслия, — он тоже искал ответ на тот самый вопрос, который мы только что обсуждали: как могло получиться, что параметры нашей Вселенной столь точно подогнаны под возникновение жизни? И вот его ответ. Прежде всего, возникновение жизни требует наличия во вселенной звезд, в недрах которых может образовываться углерод. Эти звезды должны затем взорваться, чтобы выбросить свой углерод в космос, где он попадет, в конце концов, на планеты, эту единственно возможную колыбель жизни. Но для того, чтобы взорваться, эти звезды должны быть очень массивными (это делает их неустойчивыми), а массивные звезды, взрываясь, становятся сверхновыми и порождают «черные дыры». Сопоставляя начало и конец этой логической цепочки, мы приходим к выводу, что вселенная, в которой образуется много черных дыр, должна одновременно иметь такие параметры, чтобы в ней могло быть много сверхновых звезд, а стало быть — много углерода, а стало быть — высокая вероятность возникновения жизни.

Но если, как предположил Смолин, свойства «вселенной-мамы» передаются по наследству «вселенным- бэби», то вселенные, произошедшие от нашей, должны унаследовать также два главных отличительных свойства нашей Вселенной — высокую вероятность возникновения жизни и большое количество «черных дыр». Второе свойство, как мы уже говорили, постепенно обеспечит детям нашей Вселенной подавляющее преобладание в Большой Вселенной, а первое свойство приведет к тому, что в Большой Вселенной появятся огромные шансы, что любая случайно выбранная отдельная вселенная окажется пригодной для жизни. Что и требовалось объяснить. Это такое понятное и приятное объяснение, что известие, будто Виленкин его опроверг, вызывает даже некоторое огорчение. Но что поделать — Виленкин действительно нашел в сценарии Смолина «дырку».

В самом деле, он напомнил Смолину, что основную массу «черных дыр» в нашей Вселенной составляют небольшие «мини-дыры» и что в них тоже могут рождаться «бэби-вселенные», а потом показал (математически), что вселенные с чуть более высокими, чем в нашей, значениями фундаментальных постоянных (не допускающими появление жизни), способны рождать гораздо больше таких мини-дыр, чем наша. А если так, то заполнят Большую Вселенную именно эти вселенные, а не подобия нашей, и тогда вероятность найти вселенную, пригодную для жизни, окажется невероятно малой, и снова нужно будет искать объяснение, как же это нам так повезло.

Сообщают, что Ли Смолин не согласился с проигрышем пари и опубликовал статью, в которой выдвинул возражения против статьи Виленкина. Но мы уже не станем следовать за ними в глубины их спора.

Антон Арутюнов