Фундаментальные константы вселенной это

Фундаментальные физические константы и антропный принцип.

Для понимания антропного принципа важно уяснить одно существенное обстоятельство: он был выдвинут вне всякой связи с проблемой существования разумной жизни или исследованием места человека во Вселенной. Физиков, занимающихся космологией, интересовали совсем другие проблемы: почему тот или иной космологический параметр имеет вполне определенное значение? Почему мир устроен так, а не иначе? Почему Вселенная такова, как мы ее наблюдаем? Подход, который использовался при решении этой проблемы, соответствует обычной, принятой физике методологии. Если нас интересуют значения каких-то параметров, попробуем проварьировать эти значения и посмотрим, как изменятся при этом условия в изучаемой системе (в данном случае во Вселенной). Этот естественный и вполне разумный подход неожиданно привел к установлению связи между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Проиллюстрируем это несколькими примерами.

1. Размерность физического пространства N. Это одна из важнейших фундаментальных характеристик нашего Мира. Почему пространство имеет три измерения? Очевидно, при N 3. Каковы физические законы в этих мирах? В нашем трехмерном мире для дальнодействующих взаимодействий (к которым относятся гравитационное и электромагнитное взаимодействия) сила взаимодействия двух точечных источников убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними — закон всемирного тяготения и закон Кулона. Выражение для силы можно записать в виде F₃ = a₃/R 3-1 , где a₃ — коэффициент пропорциональности, зависящий от произведения взаимодействующих зарядов (или масс). Индекс 3 указывает, что формула справедлива для трехмерного пространства. Эту формулу легко обобщить на случай N — мерного пространства: F_N = a_N/R N-1 . Анализ характера движения под действием такой силы (Эренфест, 1917 г.) показал, что при N > 4 в задаче двух тел не существуют замкнутые устойчивые орбиты: планета либо падает на центральное тело, либо уходит в бесконечность. То есть, в таких мирах не существует аналогов планетных систем и атомов, а, следовательно, в них невозможна жизнь. Таким образом, размерность пространства оказывается жизненно важным фактором. Единственное значение параметра N, которое совместимо с существованием жизни во Вселенной, N = 3. Это, конечно, не объясняет, почему наш мир трехмерный, но это указывает на то, почему мы наблюдаем именно такой мир: в другом мире мы просто не могли бы существовать. Это относится не обязательно к человеку, но к любому разумному существу (наблюдателю), представляющему собой некую сложную структуру, построенную из атомов. (Здесь даже не обязательно ограничиваться рассмотрением водно-углеродной жизни).

2. Средняя плотность вещества во Вселенной. В космологии существует понятие критической плотности r_c . Если средняя плотность вещества во Вселенной r r_c кривизна положительна, мир замкнут, расширение сменяется сжатием; при r = r_c кривизна пространства равна нулю — геометрия мира евклидова. Критическая плотность r_c = 10 -29 . Средняя плотность «светящегося» вещества, полученная из наблюдений, меньше r_c , но по порядку величины близка к ней. Если учесть возможно существующую «скрытую массу» во Вселенной, то средняя плотность r должна быть еще ближе к критической; может быть она даже превзойдет ее, но останется вблизи r_c. Итак, во Вселенной удовлетворяется соотношение r

r_c. Такое совпадение удивительно, ибо плотность, вообще говоря, может иметь произвольное значение. Как это объяснить? Средняя плотность связана со скоростью расширения Вселенной. Если r > r_c , гравитационно-связанные системы легко возникают, но время жизни такой Вселенной (длительность цикла расширение-сжатие) мало, много меньше, чем требуется для возникновения жизни. Таким образом, если бы условие r

r_c не выполнялось, то жизнь в такой Вселенной была бы невозможна. Следовательно, средняя плотность вещества во Вселенной тоже оказывается жизненно-важным фактором, а условие r

r_c — необходимым для существования жизни во Вселенной. Это, опять-таки, не объясняет, почему в нашей Вселенной выполняется данное соотношение, но позволяет предсказать его для любой обитаемой Вселенной. Аналогичные выводы можно сделать в отношении анизотропии Вселенной.

3. Совпадение больших чисел. Существует несколько удивительных соотношений между константами, характеризующими Вселенную. Они даже получили название «совпадение больших чисел». Одно из них связывает постоянную Хаббла H_o с атомными константами. Возникает вопрос: как объяснить это совпадение? Является ли оно чисто случайным или его можно предсказать теоретически? Оказывается это возможно, но только для обитаемой Вселенной.

Б.Картер сформулировал это положение в следующем виде: можно теоретически (до наблюдений) предсказать «совпадения больших чисел», если использовать некий антропологический принцип: то, что мы можем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования. По существу, в предыдущих примерах, обращаясь к обитаемой Вселенной, мы неявно использовали этот принцип. Посмотрим, как он работает в рассматриваемом примере.

В соответствии с антропным принципом, в обитаемой Вселенной должно выполняться соотношение Tо

Ts где Tо — современный возраст Вселенной (т.е. возраст в момент существования наблюдателя), а Ts — время жизни звезды на главной последовательности. Действительно, если Tо Ts , то к этому моменту все ядерное горючее уже выгорит, ядерные реакции в недрах звезд прекратятся, и они перестанут поставлять энергию, необходимую для жизни. Следовательно, условие Tо

Ts является необходимым для существования жизни. И поэтому можно предсказать, что оно должно выполняться в нашей Вселенной. Но Tо = I/Hо , а Ts выражается через атомные константы; Если подставить соответствующее выражение, то можно убедиться, что соотношение Tо

Ts эквивалентно рассматриваемому совпадению «больших чисел», которое, таким образом, тоже может быть предсказано.

4. Структура Вселенной и фундаментальные константы.Природа материального мира, его важнейшие свойства в значительной мере определяются фундаментальными физическими константами. К ним, прежде всего, относятся безразмерные константы четырех физических взаимодействий: гравитационного a_g , слабого a_w электромагнитного a_e и сильного a_s, а также массы основных элементарных частиц: протона m_p , нейтрона m_n и электрона m. Другие фундаментальные константы, такие как постоянная Планка h, гравитационная постоянная G, скорость света c и заряд электрона e входят в определение безразмерных констант. Значения констант получены из эксперимента. Но почему они имеют именно такие значения? Почему, например, константа гравитационного взаимодействия так мала? Что было бы, если увеличить ее значение? Что будет, если увеличить массу протона? Исследованию зависимости между структурой Вселенной и численными значениями фундаментальных констант посвящено много работ. Результаты подробно изложены в книге И.Л.Розенталя. Он рассматривает константы a_g , a_w, a_e, a_s, m_p, m_n, m_e. Основной результат состоит в том, что структура Вселенной крайне чувствительна к численным значениям этих постоянных: она сохраняется только в очень узких пределах их изменения. Достаточно значению какой-либо из постоянных выйти за эти узкие пределы, как структура Вселенной претерпевает радикальные изменения: в ней становится невозможным существование одного или нескольких основных структурных элементов — атомных ядер, самих атомов, звезд или галактик. Во всех этих случаях во Вселенной не может существовать и жизнь. Таким образом, значения фундаментальных констант определяют условия, необходимые для существования во Вселенной жизни (и наблюдателя). Это довольно неожиданный результат! Он означает, что в любой обитаемой Вселенной (мыслимой или реально существующей) фундаментальные физические константы не могут иметь иные значения, кроме тех, которые известны нам из опыта. Следовательно, используя антропный принцип, мы можем приближенно предсказать значения этих констант, ничего не зная о результатах их экспериментального определения.

Имея в виду применение антропного принципа для предсказания различных параметров, Картер выделил две различные формулировки: слабый антропный принцип и сильный антропный принцип. Слабый АП он сформулировал таким образом: «наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим существованием во Вселенной». Сильный АП гласит: «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит), должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей».

Рассмотрим, прежде всего, различие между слабым и сильным АП. Оно состоит в следующем. Слабый АП применяется к параметрам, которые зависят от современного возраста Вселенной. Сильный АП применяется к параметрам, которые от возраста не зависят. При применении слабого АП речь идет о положении человека во временной шкале.

Картера пытается соединить сильный АП с гипотезой ансамбля миров. В этой гипотезе постулируется потенциально бесконечное множество физически изолированных друг от друга миров, в которых в результате некоего стохастического процесса актуализируются все возможные комбинации фундаментальных параметров. В этом множестве тогда обязательно найдутся вселенные с благоприятным устройством, способные породить разумную жизнь и осознать себя посредством нее на некотором этапе эволюции. Все такие вселенные образуют «познаваемое подмножеством миров». Другие вселенные «непознаваемы» в силу своей стерильности — в них просто отсутствуют «инструменты» познания — субъекты-наблюдатели. Тем самым деликатная проблема объяснения тонкой подстройки, очевидно, снимается. Ведь, если в ансамбле вселенных реализуются все представимые типы физического устройства, то существование хотя бы одного мира с благоприятным для эволюции жизни и разума набором параметров становится вполне тривиальным и для объяснения того, почему мы оказались именно в этом мире, достаточно применить (сильный) АП, исключающий наше появление в любом другом мире.

В современной физике, впрочем, имеются независимо возникшие идеи, очень близкие по смыслу к тому, что подразумевается в картеровской гипотезе ансамбля. В 1957 году Х.Эверетт предложил «многомировую» интерпретацию квантовой механики, в соответствии с которой в результате взаимодействия квантовой системы с прибором происходит не редукция волновой функции, как в стандартной копенгагенской интерпретации, а одновременная реализация всех возможностей, определяемых набором собственных состояний системы. Формализм теории требует интерпретировать это событие как «расщепление» Вселенной на множество в одинаковой мере реальных вселенных, различающихся лишь исходом данного взаимодействия и состоянием сознания наблюдателя, его зафиксировавшего. Физическая Вселенная, таким образом, непрерывно «ветвится», порождая все новые экземпляры полностью изолированных друг от друга миров. Наблюдатель, однако, в каждый момент находит себя лишь в одном мире и не подозревает о существовании остальных.

Картер апеллировал к многомировой интерпретации квантовой механики как к некоему прецеденту, свидетельствующему по крайней мере о принципиальной возможности физического воплощения идеи множественности миров. Другие авторы считают, что в интерпретации Эверетта уже содержатся все предпосылки для наделения физическим смыслом гипотезу ансамбля вселенных с различными физическими устройствами. Заметим, что сам Эверетт ничего подобного не предполагал. Напротив, все вселенные Эверетта подчиняются одним и тем же законам (квантовой механики, как минимум). Но за 30 лет физика далеко шагнула вперед, и сегодня предположение об эвереттовских вселенных с различными законами если и выглядит «сумасшедшим», то ровно настолько, чтобы считаться заслуживающей внимания гипотезой.

Другую возможность дают современные «инфляционные» сценарии эволюции, допускающие существование в нынешней Вселенной причинно разделенных областей, в которых могли реализоваться различные типы фундаментальных симметрий вследствие фазовых переходов, осуществившихся на начальных этапах эволюции. Вся астрономическая Вселенная представляет собой в этой схеме лишь малую часть одной из таких областей, благодаря чему выполняется условие полной причинно-следственной изолированности этих областей.

Теперь обратим внимание, что в соединении с той или иной концепцией ансамбля миров сильный АП Картера становится чем-то похожим на слабый АП, — не по содержанию, но по способу использования в научной аргументации. В самом деле, в слабом случае АП производит «отбор» эпохи и места во Вселенной, пригодных для жизни. В сильном случае «отбирается» целая жизнеобеспеченная Вселенная из ансамбля миров. Мы полагаем поэтому, что именно к этим двум версиям антропных аргументов в полной мере подходит термин «принцип самоотбора», сформулированный Картером еще в 1973 году следующим образом: «То, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей».

Источник

Тонкая настройка Вселенной

Под тонкой настройкой Вселенной физики-теоретики понимают, что в ее основе лежат не произвольные, а строго определённые значения фундаментальных констант, входящих в физические законы. В список этих фундаментальных мировых констант обычно включают скорость света (c), гравитационную постоянную (G), постоянную Планка (h), массы электрона и протона и заряд электрона (e). Тонкая настройка означает, что даже незначительное изменение значений этих констант от существующих привело бы к невозможности образования атомов, звёзд, галактик и, тем более, жизни.

В связи с этим возникает вопрос: случайны ли наблюдаемые нами значения фундаментальных констант или существуют неизвестные нам законы, делающие одни значения более вероятными, чем другие?

Концепция тонкой настройки Вселенной стала обсуждаться учёными, философами и теологами в первой половине 1970-х годов, хотя её отдельные аспекты затрагивались и ранее. Причина тонкой настройки неизвестна, существует лишь несколько гипотетических объяснений. Ряд учёных и философов (Пол Девис, Хью Росс, Ричард Суинбёрн и др.) полагает, что в основе существующих закономерностей лежит гипотетический разумный замысел. Другие учёные (Мартин Рис, Леонард Сасскинд, Виктор Стенджер, Игорь Новиков, Андрей Линде и др.) считают тонкую настройку случайным образованием в гипотетической мультивселенной. Суть этой гипотезы состоит в том, что существует огромное множество (не менее 10 в 500-й степени) вселенных (или областей мультивселенной) со всевозможными значениями констант и начальных условий. И естественно ожидать, что среди этого множества наверняка найдётся и такая вселенная, где значения констант подходят для образования звёзд, галактик и жизни. Существуют и другие предположения — в частности, более общая теория («теория всего») или космологический естественный отбор Ли Смолина. Философ Робин Коллинз[en], занимающийся вопросами взаимодействия религии и науки, предложил следующие три аспекта тонкой настройки Вселенной: настройка законов природы, настройка констант и настройка начальных условий Вселенной.

Выдвинутая Полем Дираком гипотеза об изменчивости некоторых констант послужила толчком к многочисленным экспериментальным исследованиям, которые показали с большой точностью, что признаки изменения какой-либо из констант на протяжении цикла расширения Вселенной отсутствуют (кроме постоянной тонкой структуры, постоянной Хаббла и отношения между массой электрона и протона, стабильность значений которых были подвергнуты сомнению. Хотя наблюдения спектральных линий поглощения в спектре галактики, находящейся на расстоянии 7 млрд световых лет от Земли, показывают, что отношение масс протона и электрона 7 млрд лет назад отличалось от сегодняшнего не более, чем на 0,00001%). В 1980 году Иосиф Розенталь выдвинул постулат, который условно назвал принципом целесообразности. Его смысл заключался в том, что основные физические закономерности, наряду с численными значениями констант, являются не только достаточными, но и необходимыми для существования основных состояний (то есть ядер, атомов, звёзд и галактик). По мнению Розенталя, «критичность существования» основных состояний позволяет выдвинуть серьёзные аргументы в пользу принципа целесообразности. Современная проблема тонкой настройки заключается в том, почему наша Вселенная является такой, а не другой. В рамках этой проблемы утверждается, что если бы ряд параметров (как констант, так и исходных характеристик в моделях Большого Взрыва) был бы слегка иным, то не могла бы возникнуть жизнь и всё многообразие в целом. Однако, вследствие существования так называемых свободных параметров, наша Вселенная не может быть описана исключительно в рамках общей теории относительности и квантовой механики: такие параметры, как, например, масса протона или сила гравитации, были названы свободными, поскольку не могут быть выведены из принятой ныне теории и должны быть определены «вручную». Как считает Ник Бостром, тонкая настройка требует объяснения в той мере, в какой она соотносится с излишком свободных параметров и, в конечном счёте, с отсутствием простоты. В соответствующих предположениях часто применяется вероятностная логика и бритва Оккама.

Вполне возможно, что большое количество физических констант, от «правильных» значений которых зависит существование жизни, подобной нашей, является всего лишь следствием более общей, ещё неизвестной нам физической теории. Когда эта теория будет построена, она вскроет механизмы, благодаря которым константы принимают своё значение, и объяснит, почему константы имеют именно такое значение, а не какое-то другое. Возможно, константы имеют такое значение, потому что они и не могут быть другими в принципе. Наиболее подходящими кандидатами, способными сократить количество свободных параметров и предполагающими единственность Вселенной, являются теории суперструн, но и они, как считается, требуют наличия определённой тонкой настройки. Хотя ландшафт теории струн однозначно задаёт весь набор физических констант, в том числе — характеристик элементарных частиц, в настоящий момент существует проблема выбора и обоснования выбора именно того «ландшафта», который будет описывать нашу вселенную. Данная проблема получила название «проблемы ландшафта».

В качестве других известных альтернативных объяснений были предложены единая нелинейная теория Гейзенберга и теория Планка, где значения всех констант определяются исключительно константами G, h и c. Нелинейная теория, однако, натолкнулась на существенные затруднения (неперенормируемость, трудности с описанием слабого взаимодействия и др.), в то время как теория Планка не нашла конкретного воплощения.

Идее более общей теории, как отмечает Пол Девис, противостоит теория мультиверса, или мультивселенной. Идея заключается в том, что возможно существование большого числа вселенных с различными физическими константами. Также есть «экзотическая» теория о том, что фундаментальные константы могут медленно изменяться в пространстве и времени, поэтому вместо дискретных вселенных существуют отдельные «островки» с «правильными» значениями квази-констант, на одном из которых мы сейчас и находимся. Например, ландшафт теории струн или М-теории допускает существование не менее 10 в 500 степени различных вакуумов, отличающихся друг от друга способами компактификации дополнительных пространственных измерений и другими параметрами. В этих вакуумах будут разные законы физики, параметры элементарных частиц и фундаментальные константы. Можно ожидать, что среди огромного набора вселенных (или областей одной Вселенной) с разными значениями констант наверняка найдётся такая вселенная (или область), чей набор констант подходит для возникновения жизни. Именно в этой области жизнь и возникла. Поэтому мы и наблюдаем вокруг себя Вселенную со значениями констант, подходящими для возникновения жизни.

Научный редактор журнала «Вокруг света» Александр Сергеев в своей статье «Вселенная для человека?» пишет, что идея мультивселенной является «наиболее естественным объяснением тонкой настройки Вселенной». Однако он также отмечает, что самый существенный недостаток теории — сложность экспериментальной проверки, из-за чего эта теория была поначалу скептически воспринята научным сообществом. В случае с мультивселенной необходимо также учесть эффект избирательности наблюдения, который, как показал Бостром, даёт серьёзные теоретические осложнения.

Нередко идею мультивселенной отождествляют с антропным принципом: «само существование человечества свидетельствует, что законы нашей Вселенной ему благоприятствуют». Хотя сам принцип при беглом прочтении может показаться тавтологией или трюизмом, на самом деле он как раз указывает на возможность существования большого числа вселенных с различными физическими законами, предполагая, что если их достаточно большое число, то хотя бы в одной из них получатся именно те параметры, которые позволят нам существовать и наблюдать вселенную.

В 1980 году американский физик Алан Гут предложил принципиально новую модель (по сравнению с моделью горячей вселенной) — инфляционную модель Вселенной. В процессе её доработки и изучения (в частности, при создании теории хаотической (вечной) инфляции) стало ясно, что развитие по этой модели неизбежно приводит к появлению мультивселенной. В этой модели «инфляция» является как раз тем, что даёт возможность реализоваться всем ложным вакуумам, которые возможны. При этом, как отмечает автор журнала прикладной механики Алексей Левин, конкретный набор параметров в каждой вселенной вполне может определяться уже упомянутой струнной теорией (или M-теорией).

Космологический естественный отбор

Ещё один вариант объяснения «тонкой настройки» — это теория космологического естественного отбора, предложенная физиком-теоретиком Ли Смолиным в книгах «Жизнь космоса» и «Возвращение времени» и напоминающая дарвиновскую теорию эволюции. Основная идея Смолина состоит в том, что законы физики должны меняться (эволюционировать) со временем. В качестве одного из возможных сценариев того, как это может происходить, он предложил следующую модель. Всякий раз, когда в какой-то вселенной возникает чёрная дыра, то есть сингулярность, из этой сингулярности путём Большого взрыва рождается новая вселенная (но в своём пространстве-времени, а не в исходном). При возникновении новой вселенной ей передаются «по наследству» законы физики и значения фундаментальных констант вселенной-предка, но с небольшими случайными «мутациями», то есть отклонениями от исходных значений. Те вселенные, чьи законы физики не позволяют образовываться устойчивым системам (атомам, звёздам, вращающимся вокруг них планетам и т. д.), вследствие этого не формируют чёрные дыры, а значит, не оставляют «потомства». И наоборот, те вселенные, чьи законы физики позволяют образовываться, например, звёздам, вырабатывающим углерод, производят много чёрных дыр, а значит, и вселенных-потомков, которым передают по наследству свои законы физики. Таким образом идёт космологический естественный отбор вселенных по способности формировать макроскопические тела, звезды, углерод, а значит и жизнь.

Например, чтобы могли образоваться чёрные дыры, должны образоваться устойчивые звёзды. Для этого пространство должно иметь три макроскопических (не компактных) измерения, Вселенная должна просуществовать достаточно долго. А чтобы этих чёрных дыр произвелось как можно больше, Вселенная должна быть еще и достаточно большой. Если бы звёзды не могли производить углерод, то они не могли бы превращаться в чёрные дыры, а значит, в ходе космологического естественного отбора законы физики должны настроиться и на производство углерода. И так далее. Другими словами, получается, что те свойства Вселенной, которые нужны для образования как можно большего числа чёрных дыр, подходят и для развития жизни. Таким образом, свойства Вселенной в ходе космологического естественного отбора настроились для формирования чёрных дыр, а возможность возникновения жизни — «побочный эффект» этого процесса.

По мнению Смолина, его модель лучше, чем антропный принцип, объясняет «тонкую настройку Вселенной», необходимую для появления жизни, так как имеет два важных преимущества.
1. В отличие от антропного принципа, модель Смолина имеет физические следствия, которые поддаются проверке наблюдениями. Смолин утверждает, что наблюдения уже много раз могли бы опровергнуть его теорию, но пока что этого не произошло.
2. Жизнь во множественных вселенных возникает не случайным образом, а закономерно: больше «потомков» в ходе отбора имеют те вселенные, параметры которых приводят к возникновению большего числа чёрных дыр, и эти же параметры, по предположению Смолина, благоприятствуют возможности зарождения жизни.

В 1990 году вышла работа Ричарда Суинбёрна «Аргумент от тонкой настройки Вселенной» (англ. Argument from the Fine Tuning of the Universe), где была предложена теистическая трактовка тонкой настройки на основе вероятностной теоремы Байеса. Суммируя одно из предположений Суинбёрна, философ Уильям Крэйг привёл пример расстрельной команды из ста снайперов, после залпа которой заключённый остаётся в живых. Развивая этот мысленный эксперимент, Росс отмечает, что заключённый «может приписать сохранение своей жизни невероятному везению, но намного разумнее предположить, что ружья были заряжены холостыми патронами, или что снайперы намеренно стреляли мимо».

Однако математик Майкл Икеда и астроном Уильям Джефферис в своей статье «Антропный принцип не поддерживает сверхъестественность» математически доказывают, что наличие тонкой настройки является скорее аргументом против теории разумного творения и поддержания жизни (т. н. аргумент Икеды — Джеффериса). Из доказанной ими теоремы следует, что в том случае, когда законы природы благоприятны для существования и/или возникновения жизни, вероятность вмешательства в эти процессы некоего «разумного творца» ниже, чем в случае произвольных законов природы, при которых жизнь всё же существует (потому что в первом случае во вмешательстве творца меньше необходимости). К этому выводу можно прийти чисто логическим путём, без математики, что было сделано Джоном Стюартом Миллем в работе «Теизм» (1874). Стоит заметить, однако, что этот аргумент касается лишь предположительных вмешательств творца в процессы зарождения и/или существования жизни в уже существующей Вселенной при уже заданных в ней законах природы и значениях констант, но не относится к вопросу о том, каким путём возникли сами эти законы природы и как фундаментальные физические константы приняли своё значение.

В заключение приведу интереснейшие размышления на тему «тонкой настройки» Алексея Бурова.

Возникает вопрос: каким образом тонкая настройка могла быть обеспечена? Какие здесь вообще могут быть ответы?

Теизм здесь видит, разумеется, замысел Создателя, и даже одно из доказательств Разумного Замысла, но есть ли другие разумные варианты ответа о тонкой настройке, разумные гипотезы о ее причине или резоне? Тут я должен согласиться с атеистическими оппонентами: таких гипотетических вариантов как минимум два.

Первый из них состоит в предположении о наличии пока неизвестных общих принципов, из которых будут следовать имеющиеся значения констант. Второй гипотетический вариант состоит в допущении существования достаточно обширного ансамбля вселенных, мультиверса, где индивидуальные вселенные имеют всевозможные физические константы. Жизнь будет возникать лишь в тех вселенных, где константы на нее настроены. Там, где они не настроены, некому о них спрашивать. Такое мультиверсное объяснение тонкой настройки носит название Слабого Антропного Принципа. Когда теисты сталкиваются с такими возражениями, они обычно указывают на то, что о будущей всеобъясняющей теории говорить безответственно, а также говорят о бездоказательности или монстрообразности мультиверса. И они вообще-то правы, но личным принципом автора этих строк является максимальный кредит оппоненту, адвокату дьявола, или, пользуясь шахматной терминологией, сильнейшей игры за черных. Мне интересно принимать всякую гипотезу оппонента, не противоречащую данным о мире и не уничтожающую сами основы рационального мышления, и потому я принимаю обе эти нетеистические гипотезы о тонкой настройке, и соглашаюсь со слабостью тонкой настройки как теистического аргумента.

Присмотримся, однако же, повнимательнее к этой тонкой настройке. Представим себе племя дикарей, обнаруживших на своем острове радиоприемник, каковых до тех пор они не видели. Приемник работал и передавал увлекательные мелодии. Обнаружив ручку настройки, любознательные люди стали ее крутить, и заключили, что лишь при исходном ее положении слышна музыка, а иначе — лишь шум. Это замечательное наблюдение породило вопрос: кто или что установило ручку в столь особенное положение? Появились разные версии, обсуждаемые десятилетие за десятилетием. У развернувшейся дискуссии был странный недостаток: никто не догадался спросить, откуда на острове вообще взялась вся эта штука, музыку издающая, то есть радиоприемник.

ХАРАКТЕР ФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ

История о дикарях выдумана как аналогия полувекового обсуждения тонкой настройки физических констант, где спорящие, как правило, оставляют за кадром ту сущность, которой константы принадлежат — законы нашей вселенной. Законы эти, однако же, весьма и весьма особенны. Перечислим здесь их важнейшие свойства.

Во-первых, законы выражаются математически простыми формулами — достаточно простыми, чтобы их можно было открыть. Вспомните, например, первый из открытых человечеством универсальных законов, закон всемирного тяготения — куда уж, казалось бы, проще? И однако же, при этой простоте, история физики наводит на мысль, что всякое открытие совершалось на пределе человеческих возможностей, в высшей степени одаренными людьми. Формулы законов просты лишь настолько, чтобы открытия были возможны — но не более того.

Во-вторых, законы подчинены разного рода математическим симметриям; у них есть важные инварианты и интегралы движения. Например, выражение для силы гравитационного притяжения, как и для электростатического, оставляет инвариантом поток силы. Именно поэтому обратная пропорциональность квадрату расстояния и предлагалась еще до Ньютона, и даже не одним автором. Заслугой Ньютона была не сама формула закона, а демонстрация того, что из нее следуют законы Кеплера для планетарных орбит, что потребовало от него развития новой математики, исчисления бесконечно малых. Подобные симметрии законов, как бы напрашивающиеся на гипотезу для одаренного ума, играли неоценимую роль в физических открытиях.

В-третьих, законы нередко допускают простые решения, вроде тех же эллипсов орбит, о которых сумел догадаться Кеплер, знакомый с трудом Аполлония Пергского о конических сечениях, эллипсе гиперболе и параболе. Никаких иных математически исследованных кривых, кроме конических сечений, Кеплер не знал: будь орбита не эллиптичной, ее загадка осталась бы не раскрытой.

В-четвертых, законы космически-универсальны: на том дальнем краю вселенной, до которого досягают сильнейшие телескопы, законы совершенно те же, что на наших огородах.

В-пятых, математические формулы фундаментальных законов исключительно точны, иногда подтверждаясь данными прецизионных экспериментов с точностью лучшей, чем десяток десятичных знаков. Такова точность общей теории относительности и квантовой электродинамики.

В-шестых, законы асимптотично-истинны. Всякий раз, когда физика обнаруживает, что хорошо известные законы нарушаются в новых условиях, то открываемые ею новые законы имеют своим математическим пределом законы старые. Если новые законы истинны, то истинны и их математические пределы или асимптоты. Таким образом, более глубокое постижение вселенной приводит отнюдь не к обнаружению ложности старых законов, как иногда пишут философы, а к уточнению их области применимости, раскрывая их асимптотическую истинность.

И, наконец, в-седьмых, фундаментальные физические законы таковы, что открывают возможность жизни, ее появлению и эволюции вплоть до высших форм, совместимых с мышлением, развивающимся до открытия рациональности вообще и математических доказательств в частности. Принимая установившийся термин, назовем это свойство законов антропностью. Это свойство требует возможности существования во вселенной точно репродуцирующихся сложных текстов, устойчиво транслируемой биологической информации. А для этого, в свою очередь, нужны физические буквы, добрая половина атомов системы Менделеева, из которых эти тексты и их обработчики и состоят.

Здесь требуется достаточное разнообразие и жесткость атомов, а также их способность связываться в длинные, достаточно устойчивые, сшиваемые и расшиваемые структуры, апериодические кристаллы, по выражению Шредингера. Здесь, в этом пункте, содержится требование не только особой структуры законов, но и тонкой настройки их численных параметров, физических констант. Судя по всему, однако же, прав философ Робин Коллинз, указывающий на необходимость дополнительной тонкой настройки констант, обеспечивающей познаваемость законов, поверх обеспечения живых мыслящих существ. В качестве примеров познавательной тонкой настройки он указывает на возможность управления огнем и на наблюдаемость реликтового излучения. Алексей Цвелик и философ Джон Лесли, независимо, обращают внимание на то, что гигантское число условий жизни не может быть удовлетворено для произвольных законов с небольшим числом констант, но требует весьма особенной структуры законов.

Суммируя указанные свойства законов, мы можем сказать, что они математически элегантны (просты, симметричны, богаты решениями, асимптотически сопряжены), универсальны, точны и антропны. Все эти свойства вместе делают законы познаваемыми теми самыми живыми разумными существами, чье появление этими же законами и поддержано. Вселенная интеллектуально самосогласована. Законы нашей вселенной открываемы — это свойство гораздо сильнее совместимости с простейшей жизнью, что обычно понимается под «антропностью». Интеллектуально самосогласованная вселенная, чьи законы подчинены принципу познаваемости, может быть названа пифагорейской, в честь великого мудреца, с которого начинается математика и математическая физика.

В завершение этого беглого обзора характера физических законов, укажем на поистине космический размах человеческого познания вселенной, уже состоявшийся размах, уже являющийся фактом. Это познание захватывает невообразимый интервал параметров, от сверхбольших до сверхмалых, от размера видимой вселенной, примерно десять в двадцать шестой степени метров, до масштабов недавно открытых элементарных частиц, примерно десять в минус девятнадцатой метра. Поделив размер самого большого объекта современной физики на размер самого малого, мы получаем безразмерный параметр, характеризующий размах человеческого познания космоса на сегодня: эта величина выражается единицей с сорока пятью нулями. Не думаю, что есть хоть одно важное для человека число, имеющее прямое отношение к его духу, к его истории, которое было бы сравнимо с этим по величине и значимости. Десять в сорок пятой степени — таков космический масштаб человека на сегодня.

Теперь, уяснив свойства не только ручек настройки законов, но и их структуры, мы можем более осмысленно задать вопрос о возможной причине не только тонкой настройки констант, но всего пифагорейского характера физических законов, интеллектуальной самосогласованности вселенной. Вопрос о возможной причине тонкой настройки плох: он берет из всего характера физических законов лишь один аспект, игнорируя другие аспекты, и спрашивает — почему так? В удивлении перед миром, мы находимся в положении Холмса и Ватсона, пытающихся найти ответ, откуда все это взялось. Систематической ошибкой доктора Ватсона было упущение важной части данных, из чего выходили ложные гипотезы, на что и обращал внимание своего друга Шерлок Холмс. Вопрос о тонкой настройке констант, взятый в отрыве от данных о характере физических законов, от их интеллектуальной самосогласованности есть типичная ошибка Ватсона. Когда теистические философы следуют этой слабой линии, они получают отвод со стороны оппонентов, и даже не один, как было показано выше. Аргумент тонкой настройки оказывается малоубедителен, он находит контр-аргументы.
Спросим теперь не о тонкой настройке законов, а об интеллектуальной самосогласованности вселенной: что может быть причиной этого? Почему вселенная может обладать этим удивительным, весьма неожиданным качеством? Первое, что мы увидим, это то, что ни одно из нетеистических объяснений тонкой настройки здесь не годится. Никакой закон в принципе не может объяснять самосогласованности законов по той простой причине, что тут же встанет вопрос о самом этом объясняющем законе, в силу чего он-то действен для нашей вселенной? Проблема останется той же, что и была. Никакой мультиверс также не может объяснять пифагорейского характера нашей вселенной, логика Слабого Антропного Принципа тут не работает. Пифагорейность, интеллектуальная самосогласованность, в отличие от антропности, не фильтруется возможностью наблюдения. Да, если во вселенной нет жизни, то и некому спрашивать о ее законах; вопросы возможны лишь для обитателей антропных вселенных. Но пифагорейность не может объясняться таким образом: в непифагорейской вселенной вопросы о ее происхождении могли бы быть столь же возможны, как и в пифагорейской; здесь нет фильтра наблюдателя. Недавно я рассматривал все известные ответы на этот метафизический вопрос, и попытался показать, что ни один из них не выдерживает рациональной критики, кроме одного: Разумного Замысла. Замечательная формулировка этого ответа принадлежит одному из авторов квантовой электродинамики, темплтоновскому лауреату Фримену Дайсону (1923-2020):

В качестве рабочей гипотезы к объяснению загадки нашего существования я предлагаю, что наша Вселенная является наиболее интересной из всех возможных вселенных и что наша судьба как человеческих существ — делать ее именно таковой. (Бесконечное во всех направлениях, 1988). Дайсон также дает понять, что это ответ и на проблему зла: максимально интересная вселенная не может не быть трагичной.

Источник