Знание-сила, 2009 № 03 (981)

Мы и наша Вселенная — не уникальны?

Михаил Вартбург

Уже давно и бурно обсуждается вопрос: почему наша Вселенная не слишком «горяча» и не слишком «холодна», а «в самый раз» приспособлена для появления разумной жизни? В несколько иной форме это утверждение называется еще «антропным принципом», но в любой своей форме намекает, что Вселенную кто-то специально для нас сконструировал. Покойный астрофизик Фред Хойл, говоря об этой загадочной «подогнанности» параметров Вселенной к потребностям разумной жизни, сказал однажды о своем ощущении, что «кто-то здесь нарочито играл физическими законами», а также цитирует другого британского астрофизика, Мартина Риса, заявившего, что «особость нашей Вселенной позволяет говорить, что мы, возможно, являемся созданиями некого высшего существа».

Упомянутый выше Фред Хойл был, кстати, одним из первых, кто указал на эту странную особенность физических законов нашей Вселенной. Появление жизни, рассуждал он, требует существования звезд, излучающих энергию в пространство. Звезды вырабатывают эту энергию благодаря термоядерным реакциям, которые самозарождаются в их ядре при его достаточном сжатии. Поначалу это простая реакция превращения водорода в гелий; затем, когда водорода становится мало, начинается реакция превращения гелия в углерод и так далее, ко все более тяжелым элементам. Если бы звезды не вырабатывали эти тяжелые элементы и не рассеивали их позже при своем распаде, в природе не было бы планет, а стало быть, и жизни.

Однако весь этот цикл реакций, как показали расчеты Хойла, не мог бы начаться, если бы атом углерода имел чуть-чуть иные энергетические характеристики. Более того, даже начавшись, этот цикл мог бы очень скоро кончиться, если бы атом кислорода, в который превращаются углерод с гелием, тоже имел чуть-чуть иные энергетические характеристики. Это «чуть-чуть» на языке ядерной физики означает отличие в миллионных и даже менее долях, и такая тончайшая «подогнанность» энергетических характеристик углерода и кислорода под появление жизни так удивила в свое время Хойла, что он увидел в ней чью-то целенаправленную «игру» с физическими константами.

В последующие годы было обнаружено много аналогичных и столь же тонких «подогнанностей» различных других физических констант к условиям, благоприятствующим появлению жизни. Поэтому сегодня некоторые ученые видят в этой совокупности фактов подтверждение «сотворенности» всей нашей Вселенной в целом или же ее «разумного дизайна». Более осторожные сторонники антропного принципа, стремясь избегнуть обвинений в креационизме, говорят, что наша Вселенная (universe) является всего лишь одной из бесчисленного множества ей подобных, совместно образующих сверхвселенную (multiverse). Другие вселенные имеют другие значения физических констант, не дающие возникнуть жизни, а вот наша «настроена» так тонко, что дает. Это шаткая позиция, потому что креационисты тут же возражают, что констант слишком много для случайного совпадения всех нужных значений и, стало быть, наша Вселенная «не случайно» выделена из всех. Это не «одна из», а уникальная, «избранная» Вселенная.

Спор вокруг антропного принципа интересен тем, что речь всегда идет об отдельных константах: «Если «чуть-чуть» изменить значение одной или другой, или третьей и так далее, то жизнь во Вселенной окажется невозможной, потому что в ней не будет ни звезд, ни планет». Никто, однако, до сих пор не удосужился расчетным путем проверить, что произойдет, если изменить не одну, а несколько констант сразу. А ведь именно это могло бы стать объективным испытанием антропного принципа «на прочность». Вдруг окажется, что какие-то комбинации сразу нескольких измененных физических констант тоже способствуют появлению жизни? Тогда и по отношению к нашей Вселенной в целом был бы восстановлен тот принцип, который Коперник когда-то выдвинул по отношению к Земле как планете, — принцип ее вполне рядового положения среди прочих тел Вселенной.

Недавно международный Journal of Cosmology and Astroparticle Physics принял к публикации статью американского физика Фреда Адамса из университета штата Мичиган в Энн-Арбор, в которой сообщаются результаты первой такой проверки. Во вступлении к статье Адамс отмечает, что все сценарии, в которых вселенные различаются изменением какой-то одной физической константы, представляются слишком искусственными. Проверку антропного принципа нужно начать «с нуля».

Первичным для всех последующих разговоров о возникновении или невозникновении жизни является появление звезд. Вот и нужно выяснить, в каких пределах могут меняться фундаментальные физические константы, чтобы еще сохранилась возможность самозарождения звезды — тела, стабильно удерживаемого в целости своей гравитацией и при этом излучающего энергию благодаря идущим в нем термоядерным процессам. Принципиально важными для существования такого тела являются всего три константы — гравитационная постоянная (коэффициент, входящий в формулу закона всемирной гравитации Ньютона), так называемая «постоянная тонкой структуры «альфа», определяющая взаимодействие энергии и вещества (она представляет собой безразмерную величину, связывающую такие фундаментальные константы, как скорость света, постоянная Планка и т. п.) и, наконец, константа, отражающая энергетические характеристики атомов, участвующих в ядерных реакциях внутри звезды (то самое, на что впервые обратил внимание Хойл).

Далее Адамс сообщает, что он задал для каждой из этих констант некий интервал возможных значений и с помощью компьютера построил своего рода «Большую Вселенную» (ту самую multiverse), то есть множество «вселенных», каждая из которых имела несколько иные значения этих трех констант и в силу этого — несколько иные физические законы. Что же показали эти модели? Оказывается, почти каждая четвертая (!) из этих «вселенных с измененными константами» допускает возможность самозарождения звезд. Это принципиально важный результат, потому что после работ Хойла в астрофизике стало принято думать, что звезды могут существовать только во вселенной со строго «нашими» значениями констант.

Теперь расчеты Адамса показали, что эта возможность сохраняется даже при изменении одной из трех констант на целых два порядка, то есть в 100 раз, если одновременно подходящим образом изменятся две другие. Иными словами, звезды могут существовать и в таких вселенных, которые довольно резко отличаются от нашей. Более того, в некоторых «вселенных» Адамса вместо привычных нам звезд возникают другие излучающие тела, вроде черных дыр или гигантских сгустков «темного вещества» (в нашей реальной Вселенной ни те, ни другие не излучают), но тем не менее это их излучение оказывается достаточным для появления определенных форм жизни, а сами они сохраняются достаточно долго, чтобы эта жизнь могла эволюционировать.

Понятно, эти формы жизни могут быть совсем не похожи на нашу, потому что химия жизни определяется в конечном счете постоянной «альфа», а значит, варьирование этой константы, произведенное Адамсом, ведет к другим возможным «химиям жизни». Это означает, что «тонкая настройка» нашей реальной Вселенной «тонка» всего лишь по отношению к той специфической (углеродно-белковой) форме жизни, которая нам знакома.

Как показали расчеты Адамса, эта форма, по всей видимости, не единственна: другие вселенные, даже с резко иными значениями некоторых констант, могут быть точно так же «тонко» настроены на появление жизни — только иной. Поэтому вполне можно представить, что в той вселенной, где эта иная форма жизни достигнет уровня разумности, некоторые ученые тоже будут иметь «основание» утверждать, что их вселенная «уникальна». Иными словами, «уникальность» нашей Вселенной, провозглашаемая антропным принципом, может быть иллюзорной. Как заключает Адамс, на это указывает уже результат вариации трех констант, а ведь есть еще много других, упоминаемых сторонниками антропного принципа, и их тоже можно попробовать варьировать, и не исключено, что это тоже приведет к вселенным, «тонко настроенным» на появление звезд, планет и жизни, но опять же в не знакомых нам формах.

Работа Адамса уже вызвала большой интерес. Можно надеяться, что она получит продолжение. Ее принципиальное — по отношению к антропному принципу — значение несомненно. В сущности, она восстановила принцип Коперника не просто по отношению к Большой Вселенной — она расширила его на самое понятие Жизни, показав, что наша углеродно-белковая жизнь тоже, скорее всего, является специфическим, но вполне рядовым явлением. Ничего уникального, ради чего «кому-то» стоило бы так тщательно «подгонять» физические законы и константы, она собой не представляет. Были бы другие константы — была бы другая жизнь. Кто знает, может, даже и лучше.