Тонкая подстройка вселенной презентация

Антропный принцип. «Тонкая подстройка» Вселенной

Разобщенность мира, которая имела место в классиче­ской физике между физической картиной мира и челове­ком, преодолевается. Ибо сама жизнь является следстви­ем определенным образом нарушенных симметрий. Однако возникает вопрос, как получилось такое согласованное на­рушение симметрий, что в результате всех перипетий воз­ник человек? По мере проникновения в тайны строения фи­зического мира от элементарных частиц до галактик не пе­рестаешь удивляться точно «подобранным» значениям фундаментальных постоянных, удивительному совпадению ряда чисел, построенных из этих фундаментальных посто­янных, так называемой «тонкой подстройкой» Вселенной. А если бы в природе реализовалась другая последователь­ность чисел? Появился бы человек и каким бы он был? Попытка связать основные особенности того мира, в кото­ром мы живем, с самим фактом существования человека, познающего этот мир, привела к формулированию принци­па, который вряд ли можно назвать строго физическим принципом, но который, тем не менее, основывается на нео­споримом факте существования человека в нашей Вселен­ной. Этот принцип был назван антропным.

Антропный принцип в физике впервые был сформули­рован в 1961 году Д. Дикке, а в дальнейшем развит Б. Картером, которому и принадлежит сам термин «антроп­ный принцип». Антропный принцип утверждает, что мир

таков, каков он есть, потому что в противном случае некому был бы спрашивать о том, почему мир таков. Можно ска­зать, что наука со времен Коперника развивалась таким образом, что наблюдателю-человеку в ней отводилась весь­ма скромная роль. Человек не занимал какого-либо при­вилегированного, центрального положения в науке о Все­ленной. Как бы без внимания оставался и тот факт, что необходимой предпосылкой нашего существования являют­ся благоприятные условия (температура, химический состав окружающей среды и т. д.), возникновение которых оказа­лось возможным благодаря именно тонкой подстройке значений физических величин во Вселенной. Некоторые ученые обратили внимание на ограниченность такого под­хода, считая, что строение физического мира неотделимо от обитателей, наблюдающих его в самом фундаментальном смысле. Наше положение в мире, если и не является цен­тральным, то неизбежно — привилегированным. И можно заранее, до наблюдений предсказать ряд астрофизических и других факторов по той причине, что то, что мы ожида­ем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необ­ходимыми для нашего существования как наблюдателей. Основанием для таких предсказаний и служит антропный принцип — как принцип, отражающий невероятно тонкую подстройку Вселенной.

Можно привести несколько примеров, свидетельствую­щих о том, что свойства окружающего нас мира явились результатом определенной согласованности соответствую­щих фундаментальных констант. Интервал возможных значений этих констант, обеспечивающий нам мир, пригод­ный для жизни, очень мал. Так, ослабление на несколько порядков константы сильных взаимодействий привело бы к тому, что на ранних стадиях расширения Вселенной об­разовывались бы, в основном, только тяжелые элементы, и в мире не было бы источников энергии. Если на несколь­ко порядков было бы меньше гравитационное взаимодей­ствие, то не возникло бы условий для протекания ядерных реакций в звездах. Усиление слабых взаимодействий пре­вратило бы на ранних этапах эволюции Вселенной все ве­щество в гелий, а значит, отсутствовали бы реакции термо­ядерного синтеза в звездах. Наконец, усиление на несколь­ко порядков электромагнитного взаимодействия привело бы к заключению электронов внутри атомных ядер и не-

возможности вследствие этого химических превращений и реакций. Не говоря уже о том, что если бы первоначаль­ная скорость расширения Вселенной хотя бы на 0,1% была бы меньшей критической скорости расширения, то Вселенная достигла бы лишь 3 10 — 6 своего теперешнего радиуса, после чего она бы начала сжиматься. Разумеется, «таких если бы» существует еще достаточное количество, но и приведенных примеров достаточно, чтобы понять: в современную физику наряду с идеей самоорганизации вхо­дит также идея целесообразности, что приводит к появле­нию в физической картине мира человека как уникального и одновременно естественного результата глобально-косми­ческой эволюции.

Безусловно, антропный принцип возник не сейчас, кор­ни его имеют начало на самых ранних этапах истории че­ловеческой культуры. Однако «переоткрытие» антропного принципа в современной космологии имеет важное значе­ние в становлении нового постнеклассического типа науч­ной рациональности. Существуют разные версии антропно­го принципа: слабый антропный принцип, сильный антроп­ный принцип, финалистский антропный принцип, антроп­ный принцип, включающий соучастника-наблюдателя. Появляются и теологические нотки при обсуждении ант­ропного принципа. Все это повлияло на то, что многие ученые-физики с настороженностью относятся к этому принципу, рассматривая его как ненаучный. Однако поло­жение резко меняется, если антропный принцип рассмат­ривать в контексте синергетического самоорганизующего­ся процесса эволюции Вселенной. Здесь на первый план выдвигается идея о корреляции свойств наблюдателя и свойств мира подобно корреляции между состояниями двух разных частиц в эксперименте Эйнштейна — Подольско­го — Розена. То есть речь идет о вероятности того, что мир имеет наблюдаемые нами свойства. А это значит, что можно сравнивать вероятности оказаться в разных мирах с раз­ными свойствами. То есть антропный принцип получает не­теологическое объяснение при условии существования мно­жества миров. Следует сказать, что инфляционные сцена­рии раздувания Вселенной содержат в себе результаты, предсказывающие разделение Вселенной на неограниченно большое числом мини-вселенных — огромных областей, внутри которых реализуются свои типы физических ваку-

умов, размерностей пространства-времени, цепочек спонтан­ного нарушения симметрий. Так что вероятность возник­новения из этого огромного числа разных мини-вселенных таких, которые подобны нашей, в которых возможна жизнь, подобная нашей, существует. Как отмечает сам автор ин­фляционного сценария самовосстанавливающейся Вселен­ной А. Линде: «Мы живем в областях с определенными свойствами пространства-времени и материи не потому, что другие области невозможны, а потому что области обсуж­даемого типа существуют, а в других областях жизнь на­шего типа невозможна или маловероятна».

Современная физика с использованием антропного принципа как бы расширяет границы своего традиционно­го рассмотрения вопросов. Человек, рассматриваемый ранее лишь в качестве непосредственного потомка прогрессивной эволюции жизни в биосферных условиях, предстает уже в качестве непосредственного продукта космологической эво­люции Вселенной.

Вопросы для самоконтроля

1. Что доказывает теорема Нетер?

2. Сформулируйте известные вам законы сохранения.
Следствием каких симметрий эти законы являются?

3. В чем суть калибровочного принципа?

4. Какие типы физических взаимодействий вам изве­
стны? Какова их природа?

5. Расскажите о ферми- и бозе-частицах.

6. Приведите классификацию элементарных частиц.

7. Каковы физические идеи, лежащие в основе постро­
ения единой теории поля?

8. Опишите инфляционный сценарий эволюции Вселен­
ной.

9. Какова роль физического вакуума в структуре совре­
менной физической теории?

10. Каково значение антропного принципа в современ­
ной науке?

11. Охарактеризуйте основные черты постнеклассиче-
ского этапа в развитии физики.

Примечания

1 Различают продольные и поперечные волны. Механи­
ческая волна — это процесс распространения колебаний
частиц в упругой среде. Однако хорошо известно, что жид­
кости и газы — текучи, то есть в них не возникает сил
упругости при деформации сдвига, при изменении формы
тела. Следовательно, в жидкостях и газах могут существо­
вать только продольные механические волны, являющие­
ся следствием наличия сил упругости при деформации
сжатия (растяжения), то есть при изменении объема тел.

2 Здесь следует заметить, что сам по себе принцип инер­
ции свидетельствует об однородности точек пространства.
Тот факт, что принцип инерции был сформулирован толь­
ко в Новое время, говорит о том, что укоренившимся взгля­
дом на порядок вещей в природе была концепция Аристо­
теля о неоднородности точек пространства в подлунном
мире, согласно чему каждое тело стремится к своему есте­
ственному месту, тяжелое — вниз, а легкие газы — вверх).

3 Цит. по: Смородинский ЯЛ. Температура. М., 1987.
С. 12.

4 Цит. по: Дорфман Я.Г. Всемирная история физики.
М., 1979. С. 74.

5 Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965.
С. 39.

6 Цит. по: Эйнштейн А, Инфельд Л. Эволюция физи­
ки. М., 1965. С. 40.

7 Цит. по: Фен. Дж. Машины. Энергия. Энтропия. М.,
1986. С. 104.

8 Карно С. Размышления о движущей силе огня и о ма­
шинах, способных развивать эту силу. М. Пг., 1923. С. 5.

9 Майер Р. Закон сохранения и превращения энергии.
Четыре исследования 1841-1851 гг. М.-Л., 1933. С. 93-94.

10 Там же. С. 127.

11 Гельмгольц Г. О сохранении сил. М., 1922. С. 15.

12 Второе начало термодинамики. М.-Л., 1934. С. 133-
134.

13 Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.,
1986. С. 173.

14 Ландау Л Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика.
М., 1964. С. 46.

15 Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. С. 308.

16 Больцман Л. Избранные труды. М., 1984.

Раздел IV

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

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