Фізики і філософи сформулювали так звані антропні принципи [11]. Один з них - сильний антропний принцип - говорить: «Закони Всесвіту повинні бути такі, щоб допускати розвиток розумного життя, яка ці закони формулює». Насправді в такому формулюванні цей принцип не несе ніякої гносеологічної навантаження, тобто встановлює межі нашого пізнання і еквівалентний визнання існування Великого Задуму або Великої Випадковості. На мій погляд, набагато цікавіше і змістовніше слабкий антропний принцип: «Спостереження даного набору значень світових констант тим імовірніше, ніж з більшою ймовірністю цей набір констант призводить до виникнення спостерігачів».
Насправді існують спостережні дані (хоча і не цілком підтверджені), що стала тонкої структури [12] змінилася за час існування Всесвіту на стотисячні частки. Це може означати, що за космологічним горизонтом вона теж може відрізнятися, і набагато сильніше.
Цікаво, що слабку формулювання антропного принципу можна застосовувати для того, щоб щось прогнозувати, використовуючи факт нашого існування як одне з спостережних даних.
Розглянемо один приклад. Ядра більшості хімічних елементів (все, що важче гелію) утворюються в зірках. Ці реакції відбуваються приблизно так. При злитті ядер водню (термоядерної реакції) утворюється гелій. Три ядра гелію зливаються в вуглець. Концентрація гелію при цьому падає, відповідно, падає і температура, і тиск, що протистоїть гравітації. Далі гравітація починає стискати зірку, і температура знову зростає. Починається наступний етап реакції, і виникає новий елемент: злиття вуглецю і гелію дає кисень. Такі зоряні цикли повторюються в зірці багато разів і виробляють все речовина, яке ми бачимо. Вважається, що колись на місці нашого Сонця була інша, більша зірка, яка перегоріла, вибухнула як наднова, а з розсіяного вибухом речовини утворилися Сонце і наші планети. Все наше багатство хімічних елементів - продукт життєдіяльності цієї древньої зірки. Залізо, кисень і кремній, з яких в основному складається Земля, - просто найбільш енергетично вигідний фінальний продукт злиття ядер в надрах цієї протозвезди.
Якщо поглянути на графік залежності енергії ядерної зв'язку від порядкового номера елемента в таблиці Менделєєва, видно, що залізо - дійсно найбільш ймовірний продукт зоряного горіння. Золото куди далі від оптимуму, тому золото в нашому Всесвіті буде рідкісним елементом.
В описаному досить злагодженому сценарії освіти хімічних елементів є одна проблема: для того щоб утворилися важкі елементи, необхідно, щоб утворився вуглець - так зване вуглецеве шийку. Але реакція злиття гелію в ядро вуглецю йде дуже погано. Щоб пішла ця реакція, потрібно, щоб три ядра гелію одночасно опинилися в одній точці. Інтуїтивно ясно, що це дуже малоймовірно. Імовірність того, що два ядра виявляться в одній точці, велика, але практично неймовірно, що і третє ядро виявляться в тій же точці. До 1952 року стало ясно, що ця реакція вкрай малоймовірна, а інших реакцій, що призводять до утворення вуглецю, просто не було. З іншого боку, ми існуємо: наше існування можна розглядати як експериментальний факт, з якого випливає, що вуглець повинен існувати. Виходячи з цього факту, Фред Хойл в 1953 році передбачив, що повинен бути резонансний енергетичний рівень ядра вуглецю, завдяки якому реакція стає можливою. У прогнозі фігурувало значення 7,7 МеВ, а вже через рік цей рівень справді був відкритий, і виявився трохи менше, 7,66 МеВ, - вражаючий збіг (МеВ = 106 еВ - одиниця виміру енергії в ядерній фізиці).
Резонанс - це дуже проста штука, яку ми постійно спостерігаємо і використовуємо. Наприклад, гойдаючись на гойдалках, потрібно вчасно підгинати і розгинати ноги. Вчасно - значить, потрібно потрапити в такт. Попадання в такт і є резонанс. Якщо ви правильно дозуєте свої зусилля, збільшується амплітуда коливань. Якщо такий резонансний рівень є у ядер вуглецю, якщо енергія трьох ядер підбирається правильним чином і потрапляє в резонансні піки, то реакція йде добре. Якщо ж ні, то вона йде погано. Виявилося, що в разі виробництва вуглецю без резонансу не обійтися.
Але це ще не вся історія. Наступна реакція - це переробка вуглецю і гелію в кисень - вона вже не резонансна. Виявилося, що резонанс у кисню на десяті частки відсотка відрізняється від сумарної енергії вуглецю і гелію. Якби ця реакція була резонансною, то перегорів би весь вуглець. У природі не було б вуглецю, а були кисень і важчі елементи. Можливо, була б кремнієва життя. Але наше життя вуглецева - теж вражаючий факт. Знову все вирішило тонке співвідношення чисел.
Інша проблема, до вирішення якої можна підійти з точки зору антропного принципу, пов'язана з так званої космологічної сталої. Ті, хто цікавиться або поглядає на сторінки інтернету, пов'язані з фізикою, можливо, чули про темну енергію і космологічної сталої. Проблема полягає в наступному. У звичайній ньютонівської механіці енергію можна відраховувати від будь-якого рівня: від рівня моря, від столу, від статі - від чого завгодно, важлива тільки різниця енергій. Це справедливо для всіх фізичних теорій, окрім єдиної: теорії гравітації Ейнштейна. Зі знаменитої формули E = mc? випливає, що енергія є маса, здатна притягувати іншу масу, і це тяжіння залежить не від різниці енергій, а від їх абсолютного значення. А значить, дуже важливо, від якого рівня ми будемо відраховувати енергію у Всесвіті. У вакууму - стану з найменшою енергією - зовсім не обов'язково буде енергія, рівна нулю. Ця енергія вакууму називається космологічної сталої та позначається буквою. Вона вносить вклад в загальну щільність енергії у Всесвіті, а від значення цієї щільності залежить, чи буде Всесвіт розширюватися безкінечно або, навпаки, схлопнется в точку.
Космологічна стала могла б бути дорівнює нулю - це було б красиво. Таке значення космологічної сталої можна було б пояснити деякою (поки ще невідомої) симетрією. Однак якщо припустити, що немає механізмів, що звертають в нуль космологічні постійну, то проста розмірна оцінка показує, що в цьому випадку її найбільш «природне» значення на 120 порядків (на одиницю зі ста двадцятьма нулями!) Перевершує щільність матерії [13] у Всесвіті . Будь космологічна стала насправді такий, Всесвіт миттєво роздулася б до гігантських розмірів. Настільки гігантських, що щільність речовини стала б менше одного нуклона на всю видиму частину Всесвіту. Ясно, що ні про яку життя в такому Всесвіті не може йти й мови.
У 1987 році нобелівський лауреат Стівен Вайнберг. виходячи з антропного принципу, а саме спираючись на факт існування галактик, показав, що якщо космологічна стала відмінна від нуля, то вона не може сильно перевищувати щільність матерії у Всесвіті. В іншому випадку галактики просто не змогли б утворитися, не було б зірок і не було б космологов.
Стівен Вайнберг - рід. 1933 - Американський фізик, лауреат Нобелівської премії (разом з Шелдоном Лі Глешоу і Абдусом Саламом) за створення об'єднаної теорії електрослабкої взаємодії. Російською мовою видано науково-популярні книги Вайнберга «Перші три хвилини» і «Мрії про остаточну теорії».
«По всій видимості, життя взагалі не змогла б організуватися і існувати при числі вимірювань, відмінному від трьох, і нам з нашими трьома вимірами пощастило».
Поділіться на сторінці