Когда мы смотрим на Вселенную, довольно трудно представить, что это
вот все — планеты, звезды, галактики, сложные жизни, которыми мы
наслаждаемся, — все возникло случайно. Куда ни глянь, Вселенная
подчиняется одним и тем же законам: все тем же фундаментальным
константам, частицы мы находим одни и те же, взаимодействия между ними
позволяют сложить частицы вместе, а они образуют все, что мы знаем. И
есть во всем этом некая неизбежность.
Наша Вселенная, кажется, очень тонко настроена, чтобы все было так,
но может ли это быть в действительности? В науке, если мы хотим
что-нибудь узнать, мы должны задаться вопросами о природе объекта.
Давайте посмотрим, как устроена наша Вселенная и что мы можем узнать из
этого.
Одна из первых вещей, которую вы обнаружите, и она сама собой
разумеющаяся, если вы подумаете об этом хорошо, — это что во Вселенной
много всякой всячины. И уже этот факт сам по себе удивителен, потому что
все должно быть не так.
Наши законы природы, физические законы, регулирующие взаимодействие
каждой частицы во Вселенной, включая силы, которые приводят к тому, что
материя связывается, взаимодействует гравитационно, слипается и
собирается в скопления, — эти законы кажутся одинаковыми повсюду. Мы
знаем, как они влияют на все известные частицы во Вселенной, и они дают
нам основу для понимания того, как Вселенная должна была
эволюционировать, чтобы стать такой, какой кажется сегодня.
Но знание законов физики — знание того, как все разнообразные частицы
взаимодействуют друг с другом — не отвечает на вопросы о нашем
существовании. Конечно, на многое они отвечают: рассказывают о поведении
физической системы, которая начинает с определенными характеристиками.
Дайте нам начальные условия, дайте нам законы, регулирующие все
присутствующие частицы, и мы можем сказать вам, что произойдет в
определенных пределах, физически детерминированных.
Пространство-время расширяется или сжимается, искривляется в
зависимости от материи и энергии, которые в нем присутствуют. Частицы
притягиваются, отталкиваются или связываются вместе в зависимости от
условий, при которых они взаимодействуют. Некоторые системы будут
стабильны; другие распадутся спустя некоторое время. Научный процесс
очень мощный и делает качественную работу, рассказывая нам, как это все
происходит.
Но он не рассказывает нам, почему или в действительности ли все, что
происходит, происходит неизбежно и неизменно. Иногда нам нужно небольшое
руководство, если мы хотим расширить свои знания и понимание Вселенной.
Нам бы помог руководящий принцип, который указал бы, где искать.
К примеру, давно известно, что Вселенная содержит великое
разнообразие элементов, или атомов с разным числом протонов в своих
ядрах. Вы сами содержите по меньшей мере 59 различных элементов в теле в
разных пропорциях, однако долго время мы не знали, как эти элементы
стали такими. Впрочем, одно мы можем сказать уверенностью: мы здесь и мы
наблюдаем Вселенную.
Этот простой очевидный факт на самом деле обладает большой массой. Он
говорит нам, что наша Вселенная существует с такими свойствами, что в
ней мог появиться разумный наблюдатель.
Это заявление резко контрастирует с тем, что у Вселенной могут быть
свойства, несовместимые с существованием разумной жизни. Логика довольно
простая: если свойства нашей Вселенной запрещают разумную жизнь с
самого начала, она просто не может быть нашей, поскольку никогда не
появится тот, кто будет ее наблюдать. Простой факт того, что мы здесь и
наблюдаем Вселенную, в сочетании с актом наблюдения означает, что
Вселенная настроена таким образом, чтобы признать наше существование.
Это самая суть так называемого антропного принципа.
И только одно это может рассказать нам несколько интересных вещей.
Если бы наша Вселенная была полна тяжелых элементов, должно быть
несколько способов синтезировать их. В начале 50-х годов было широко
признано, что в основе жизни звезд лежит ядерный синтез и что наше
Солнце может синтезировать гелий из водорода в течение длительных
периодов времени. Но это два самых легких элемента во Вселенной! Вы не
можете соединить водород (масса 1) и гелий (масса 4), чтобы пойти
дальше, потому что просто не существует стабильного ядра с массой 5; вы
также не можете соединить два ядра гелия, потому что бериллий-8
(практически с идентичной массой) нестабилен и распадается обратно на
два атома гелия примерно через ~10^-16 секунд.
Но в 1952 году Фред Гойл использовал антропный принцип как причину,
что должен быть процесс для создания более тяжелых элементов. Он сделал
вывод, что должен быть способ добавить третий гелий — для взаимодействия
с крайне нестабильным бериллием-8 — и синтезировать их в углерод-12.
Дело в том, что их массы не совпадают. Углерод-12 обладает намного
меньшей массой, чем бериллий-8 и гелий-4, вместе взятые, поэтому Гойл
сделал захватывающий прогноз: должно существовать возбужденное состояние
углерода-12, которое физики-ядерщики пока не обнаружили, которое точно
соответствовало бы массе трех ядер гелия-4 вместе.
Это был невероятно смелый прогноз, плевок в лицо известной ядерной
физики: такое состояние могло быть обнаружено на тот момент только с
помощью эксперимента. Но Гойл сообщил о своем прогнозе физику-ядерщику
Вилли Фаулеру, а также о необходимости существования такого состояние,
чтобы во Вселенной был углерод, а значит, и жизнь. Фаулер занялся
поиском. Спустя пять лет было произведено открытие как теоретического
состояния Гойла, так и механизма, его формирующего — тройной
альфа-процесс, или тройная гелиевая реакция. В том же году оба ученых
вместе с Джеффри и Маргарет Бербидж опубликовали работу, которая
корректно описывает происхождение всех тяжелых элементов во Вселенной:
ядра гигантских звезд, которые становятся сверхновыми, обогащают
Вселенную!
Антропный принцип помогает нам понять, почему свойства Вселенной
должны располагаться в определенном диапазоне значений: мы должны
существовать в диапазоне, который делает возможной существование жизни.
Гравитация не может быть сильнее, чем является, или во Вселенной были
бы только черные дыры и больше ничего. Темной энергии (или
космологическая константа) не может быть больше в 100 раз, чем
наблюдаемая величина, или гравитация не позволила бы образовать ни
единой звезды до того, как первичные атомы разлетелись бы в стороны.
Должна быть фундаментальная асимметрия материи и антиматерии во
Вселенной, поскольку в противном случае для образования Вселенной, какой
мы ее знаем, не хватило бы начинки.
Хотя есть много вариантов антропного принципа, постулируется он примерно так:
Мы знаем, что во Вселенной есть асимметрия материи-антиматерии, но
понимание того, что она нам нужна, чтобы удовлетворить антропные
ограничения, не говорит нам, почему во Вселенной есть вещество, а не
антивещество, которое мы наблюдаем и с которым взаимодействуем.
Физики часто делают предположение — и оно не обязательно хорошее —
что в принципе законы и константы природы могут принимать любое
количество произвольных форм и значений. Если вы принимаете это, тогда,
конечно, наша Вселенная, какой мы ее наблюдаем, должна иметь законы и
константы, которые согласуются с существованием разумного наблюдателя.
Но если придерживаться этой линии мышления, вы никогда не поймете, как это произошло.
Эта линия ненаучного мышления поднимает свою уродливую голову, когда
люди думают о проблеме космологической постоянной (или темной энергии),
спрашивая, почему Вселенная тонко настроена, чтобы иметь такую величину
космологической постоянной, какую мы наблюдаем, примерно на 10^120
порядков меньше, чем наш наивный прогноз. Аргумент примерно такой:
Этот аргумент не является неправильным настолько, чтобы быть
равносильным отказу от физики или утверждения, что наша Вселенная
объяснима и понятна с точки зрения физических законов и динамики. Есть
много других проблем, которые имеют похожие трудности, вроде величины
асимметрии материи-антиматерии (на 10 порядков отличается от нашего
прогноза), масс фундаментальных частиц (на 19 порядков отличаются от
того, что мы ожидали) и относительной слабости силы гравитации (на 30
порядков слабее других).
Любой тип научного мышления имеет смысл только когда говорит вам
чего-то, чего вы еще не знаете, а мы уже узнали, что живем в этой
Вселенной и что она обладает наблюдаемыми свойствами. Фраза «так и
должно быть, потому что мы здесь» — одновременно и логически ошибочна
(она могла быть другой, и мы все еще могли быть здесь), и ничему новому
нас не учит. Наша Вселенная может быть тонко настроена в определенной
степени, но антропный принцип не расскажет нам, почему или зачем.
И это еще не все. Без знания того, почему и зачем Вселенная стала
такой, какой она есть, у нас нет будет науки, во всяком случае она будет
неполной. И этот ответ не удовлетворяет ни меня, а также не должен
удовлетворять вас, если вы здравомыслящий человек. Антропный принцип
может вести нас, но он не дает ответы сам по себе.
Антропный принцип: что, если Вселенная идеально настроена под нас?
вот все — планеты, звезды, галактики, сложные жизни, которыми мы
наслаждаемся, — все возникло случайно. Куда ни глянь, Вселенная
подчиняется одним и тем же законам: все тем же фундаментальным
константам, частицы мы находим одни и те же, взаимодействия между ними
позволяют сложить частицы вместе, а они образуют все, что мы знаем. И
есть во всем этом некая неизбежность.
но может ли это быть в действительности? В науке, если мы хотим
что-нибудь узнать, мы должны задаться вопросами о природе объекта.
Давайте посмотрим, как устроена наша Вселенная и что мы можем узнать из
этого.
Одна из первых вещей, которую вы обнаружите, и она сама собой
разумеющаяся, если вы подумаете об этом хорошо, — это что во Вселенной
много всякой всячины. И уже этот факт сам по себе удивителен, потому что
все должно быть не так.
Наши законы природы, физические законы, регулирующие взаимодействие
каждой частицы во Вселенной, включая силы, которые приводят к тому, что
материя связывается, взаимодействует гравитационно, слипается и
собирается в скопления, — эти законы кажутся одинаковыми повсюду. Мы
знаем, как они влияют на все известные частицы во Вселенной, и они дают
нам основу для понимания того, как Вселенная должна была
эволюционировать, чтобы стать такой, какой кажется сегодня.
Но знание законов физики — знание того, как все разнообразные частицы
взаимодействуют друг с другом — не отвечает на вопросы о нашем
существовании. Конечно, на многое они отвечают: рассказывают о поведении
физической системы, которая начинает с определенными характеристиками.
Дайте нам начальные условия, дайте нам законы, регулирующие все
присутствующие частицы, и мы можем сказать вам, что произойдет в
определенных пределах, физически детерминированных.
Пространство-время расширяется или сжимается, искривляется в
зависимости от материи и энергии, которые в нем присутствуют. Частицы
притягиваются, отталкиваются или связываются вместе в зависимости от
условий, при которых они взаимодействуют. Некоторые системы будут
стабильны; другие распадутся спустя некоторое время. Научный процесс
очень мощный и делает качественную работу, рассказывая нам, как это все
происходит.
Но он не рассказывает нам, почему или в действительности ли все, что
происходит, происходит неизбежно и неизменно. Иногда нам нужно небольшое
руководство, если мы хотим расширить свои знания и понимание Вселенной.
Нам бы помог руководящий принцип, который указал бы, где искать.
К примеру, давно известно, что Вселенная содержит великое
разнообразие элементов, или атомов с разным числом протонов в своих
ядрах. Вы сами содержите по меньшей мере 59 различных элементов в теле в
разных пропорциях, однако долго время мы не знали, как эти элементы
стали такими. Впрочем, одно мы можем сказать уверенностью: мы здесь и мы
наблюдаем Вселенную.
Этот простой очевидный факт на самом деле обладает большой массой. Он
говорит нам, что наша Вселенная существует с такими свойствами, что в
ней мог появиться разумный наблюдатель.
свойства, несовместимые с существованием разумной жизни. Логика довольно
простая: если свойства нашей Вселенной запрещают разумную жизнь с
самого начала, она просто не может быть нашей, поскольку никогда не
появится тот, кто будет ее наблюдать. Простой факт того, что мы здесь и
наблюдаем Вселенную, в сочетании с актом наблюдения означает, что
Вселенная настроена таким образом, чтобы признать наше существование.
Это самая суть так называемого антропного принципа.
И только одно это может рассказать нам несколько интересных вещей.
Если бы наша Вселенная была полна тяжелых элементов, должно быть
несколько способов синтезировать их. В начале 50-х годов было широко
признано, что в основе жизни звезд лежит ядерный синтез и что наше
Солнце может синтезировать гелий из водорода в течение длительных
периодов времени. Но это два самых легких элемента во Вселенной! Вы не
можете соединить водород (масса 1) и гелий (масса 4), чтобы пойти
дальше, потому что просто не существует стабильного ядра с массой 5; вы
также не можете соединить два ядра гелия, потому что бериллий-8
(практически с идентичной массой) нестабилен и распадается обратно на
два атома гелия примерно через ~10^-16 секунд.
Но в 1952 году Фред Гойл использовал антропный принцип как причину,
что должен быть процесс для создания более тяжелых элементов. Он сделал
вывод, что должен быть способ добавить третий гелий — для взаимодействия
с крайне нестабильным бериллием-8 — и синтезировать их в углерод-12.
Дело в том, что их массы не совпадают. Углерод-12 обладает намного
меньшей массой, чем бериллий-8 и гелий-4, вместе взятые, поэтому Гойл
сделал захватывающий прогноз: должно существовать возбужденное состояние
углерода-12, которое физики-ядерщики пока не обнаружили, которое точно
соответствовало бы массе трех ядер гелия-4 вместе.
физики: такое состояние могло быть обнаружено на тот момент только с
помощью эксперимента. Но Гойл сообщил о своем прогнозе физику-ядерщику
Вилли Фаулеру, а также о необходимости существования такого состояние,
чтобы во Вселенной был углерод, а значит, и жизнь. Фаулер занялся
поиском. Спустя пять лет было произведено открытие как теоретического
состояния Гойла, так и механизма, его формирующего — тройной
альфа-процесс, или тройная гелиевая реакция. В том же году оба ученых
вместе с Джеффри и Маргарет Бербидж опубликовали работу, которая
корректно описывает происхождение всех тяжелых элементов во Вселенной:
ядра гигантских звезд, которые становятся сверхновыми, обогащают
Вселенную!
Антропный принцип помогает нам понять, почему свойства Вселенной
должны располагаться в определенном диапазоне значений: мы должны
существовать в диапазоне, который делает возможной существование жизни.
Гравитация не может быть сильнее, чем является, или во Вселенной были
бы только черные дыры и больше ничего. Темной энергии (или
космологическая константа) не может быть больше в 100 раз, чем
наблюдаемая величина, или гравитация не позволила бы образовать ни
единой звезды до того, как первичные атомы разлетелись бы в стороны.
Должна быть фундаментальная асимметрия материи и антиматерии во
Вселенной, поскольку в противном случае для образования Вселенной, какой
мы ее знаем, не хватило бы начинки.
Хотя есть много вариантов антропного принципа, постулируется он примерно так:
Законы природы должны быть такими, чтобы Вселенная моглаС этим утверждением довольно трудно спорить. И все же, само по себе, оно не является научным ответов на какие-либо проблемы.
существовать в соответствии с наблюдениями о том, какой она должна быть.
Мы знаем, что во Вселенной есть асимметрия материи-антиматерии, но
понимание того, что она нам нужна, чтобы удовлетворить антропные
ограничения, не говорит нам, почему во Вселенной есть вещество, а не
антивещество, которое мы наблюдаем и с которым взаимодействуем.
что в принципе законы и константы природы могут принимать любое
количество произвольных форм и значений. Если вы принимаете это, тогда,
конечно, наша Вселенная, какой мы ее наблюдаем, должна иметь законы и
константы, которые согласуются с существованием разумного наблюдателя.
Но если придерживаться этой линии мышления, вы никогда не поймете, как это произошло.
Эта линия ненаучного мышления поднимает свою уродливую голову, когда
люди думают о проблеме космологической постоянной (или темной энергии),
спрашивая, почему Вселенная тонко настроена, чтобы иметь такую величину
космологической постоянной, какую мы наблюдаем, примерно на 10^120
порядков меньше, чем наш наивный прогноз. Аргумент примерно такой:
«Что ж, возможно, наши наивные расчеты космологической постоянной
дают нам слишком большие числа, раз в 10^120 больше, но из 10^500
возможных вселенных хотя бы в нескольких из них будет правильная
величина, а другие не имеют значения, потому что там никого нет».
равносильным отказу от физики или утверждения, что наша Вселенная
объяснима и понятна с точки зрения физических законов и динамики. Есть
много других проблем, которые имеют похожие трудности, вроде величины
асимметрии материи-антиматерии (на 10 порядков отличается от нашего
прогноза), масс фундаментальных частиц (на 19 порядков отличаются от
того, что мы ожидали) и относительной слабости силы гравитации (на 30
порядков слабее других).
Любой тип научного мышления имеет смысл только когда говорит вам
чего-то, чего вы еще не знаете, а мы уже узнали, что живем в этой
Вселенной и что она обладает наблюдаемыми свойствами. Фраза «так и
должно быть, потому что мы здесь» — одновременно и логически ошибочна
(она могла быть другой, и мы все еще могли быть здесь), и ничему новому
нас не учит. Наша Вселенная может быть тонко настроена в определенной
степени, но антропный принцип не расскажет нам, почему или зачем.
И это еще не все. Без знания того, почему и зачем Вселенная стала
такой, какой она есть, у нас нет будет науки, во всяком случае она будет
неполной. И этот ответ не удовлетворяет ни меня, а также не должен
удовлетворять вас, если вы здравомыслящий человек. Антропный принцип
может вести нас, но он не дает ответы сам по себе.
Антропный принцип: что, если Вселенная идеально настроена под нас?