Самый человечный принцип вселенной

Есть во вселенной одна грандиозная загадка, над которой ломают голову физики: почему вселенная именно такая? Великий Эйнштейн, который сам в бога не верил, но иногда использовал термин «бог» в качестве метафоры, сформулировал этот вопрос следующим образом: «А мог ли бог вообще создать вселенную как-то иначе?»

Я поясню недоумение Эйнштейна. Это недоумение впервые появилось у физиков в первой половине XX века, когда возникла квантовая механика со всеми ее странностями, и окончательно окуклилось к концу прошлого века, когда о вселенной стало известно довольно много. Дело в том, что мир оказался устроенным не просто странно, а очень странно. И очень тонко. Настолько тонко настроенным он оказался, будто пианино, что это вызвало немалое удивление ученых: оказывается, малейший сбой в этих многочисленных тонких настройках мира привел бы не только к невозможности жизни во вселенной, но и к невозможности существования любых более-менее сложных структур. Неужели этот мир специально кто-то так тонко настраивал, подгоняя задачу под результат?

Поясню, что имеется в виду…

В науке существуют так называемые физические константы и соотношения. Например, скорость света, равная 300 000 км/с. Или отношение массы протона к массе электрона (протон в 1836 раз тяжелее электрона). Таких чисел, определяющих облик нашего мира, довольно много. И все они друг с другом, как нам сегодня кажется, не связаны, но малейшее изменение даже одной из них привело бы к вселенской катастрофе.

Например…

Есть гравитационная постоянная, которую проходят все школьники, изучая ньютоновский закон всемирного тяготения. Сила притяжения, как учит нас Ньютон устами школьных преподавателей, пропорциональна массе тяготеющих тел, а также некоему установленному экспериментально коэффициенту, который и называется гравитационной постоянной. Это мировое число, заданное самой природой. В физике оно обозначается буквой g и равно 6,67408×10^–11. На это число надо помножить массы тяготеющих тел, чтобы получить силу их притяжения.

Почему оно такое? А черт его знает! Ниоткуда это не вытекает, ни из каких более общих теорий. Вот просто такое оно, и все! А могло бы оно быть другим? Неизвестно.

А что было бы, если бы оно было другим?

Будь гравитационная постоянная больше, то есть сила всемирного тяготения мощнее, она бы остановила разлет вселенной вскоре после Большого взрыва и схлопнула мир обратно. Даже совсем небольшое увеличение этого коэффициента привело бы к тому, что звезды стали бы более горячими и быстро прогорающими. Жизнь вокруг таких звезд просто не успела бы возникнуть.

А если бы значение гравитационной постоянной было меньше, силы тяготения не хватило бы для такого уплотнения звездного вещества, при котором возникают температуры, достаточные для возгорания термоядерной реакции, – звезды класса Солнца не зажглись, а звезды крупнее не смогли бы наработать всю таблицу Менделеева.

То есть для возникновения жизни подходит лишь небольшой интервал этой постоянной.

А что случилось бы, если б соотношение масс протона и электрона было другим, то есть если бы протон был не в 1836 раз тяжелее электрона, а больше? Или меньше? В первом случае увеличилась бы мощность сильного взаимодействия, протоны объединились на ранней стадии развития вселенной в гелий, и вселенная оказалась бы лишена не только главного звездного топлива, но и вещества, создающего воду, – водорода.

А во втором случае (слишком легкие протоны) вообще ничего тяжелее водорода во вселенной бы не было: протоны просто не смогли бы образовывать тяжелые ядра химических элементов, ядерное взаимодействие для этого было бы слишком слабеньким.

То же самое относится к массам электрона и нейтрона (точнее, к соотношению этих масс). И не только к массам, но и к зарядам. Скажем, если бы заряд протона был чуть больше, сила электростатического отталкивания не позволила бы собрать тяжелые элементы таблицы Менделеева, являющиеся основой жизни. А если бы заряд был чуть меньше, электроны не смогли бы надежно удерживаться возле ядер, и не было бы вещества в привычном нам смысле слова, элементы просто не смогли бы собраться.

Кроме того, если бы заряд электрона был чуть-чуть другим, стала бы невозможной вся звездная кухня.

А если в цифрах? Насколько вселенная чувствительна к изменению указанных величин? Как сильно они должны измениться, чтобы привычный нам мир рухнул?

Это хороший вопрос.

Если изменить массу протона или нейтрона всего на тысячную (!) долю, никакой вселенной из привычного нам вещества не получится. А будет вселенная, состоящая из одних нейтронов да нейтрино.

То же самое касается и силы ядерного взаимодействия – изменись она на доли процента (0,2 %), и никакие сложные структуры, не говоря уже о жизни, в такой вселенной были бы невозможны.

Далее. Когда-то в нашей вселенной существовали во множестве так называемые античастицы, они возникли вместе с частицами. А сегодня нету во вселенной никакого антивещества, антизвезд, антигалактик и антипланет. Лишь отдельные частички антиматерии ученым удается получать в ускорителях. В 1965 году отечественными физиками было создано ядро антигелия из двух антипротонов и антинейтрона. Но живет антивещество недолго. Не потому, что оно нестойкое, а потому что окружено обычным веществом, и, когда с ним сталкивается, происходит аннигиляция.

В ранней вселенной антивещество было. Его было много! Но в первые же мгновения существования мира оно проаннигилировало с веществом и исчезло, превратившись в излучение (то самое, которое потом расцвечивало всю вселенную, а теперь остыло до реликтового). Но вещества было чуть-чуть больше, чем антивещества – на миллиард частиц антивещества приходился миллиард и еще одна частица вещества. То есть от всей первоначальной материи вселенной осталась после аннигиляции лишь одна двухмиллиардная часть. Из этой ничтожной доли и сделана нынешняя вселенная и мы с вами.

Другими словами, тонкая настройка вселенной допустила превышение частиц над античастицами ровно на одну миллиардную долю. Но если бы число частиц было всего на одну миллиардную долю меньше, вся вселенная была бы сегодня пуста. В ней бы просто не было вещества.

И вот подобного рода значений и соотношений между ними, при изменении которых всего лишь на десятые доли процента или вообще на миллиардную долю, нашего мира не было бы… таких вот чисел очень много! И не видно, чтобы все они как-то были зависимы друг от друга. Их набор представляется случайным.

Константа ядерного взаимодействия… Массы основных частиц… Так называемый резонанс в ядре атома углерода… Параметры электрослабого взаимодействия… Скорость света… Постоянная Планка… Значение энтропии вселенной… Размерность пространства… И многие, многие фундаментальные физические постоянные, о которых мы даже не упомянули, но малейшее изменение которых делает мир наш невозможным, поневоле заставляют задуматься – как же так все разумно устроилось, ведь это же почти невероятно, чтобы все-все так точно совпало!

Уж не признак ли это разумного вмешательства? Может, кто-то специально так тонко подобрал все характеристики нашего мира, чтобы в нем стали возможными «долгоиграющие» звезды, сложные структуры и сама жизнь?

Но физики к мистике не склонны. И потому решают этот вопрос довольно просто. Двумя способами… Их объяснения тайны тонкой подгонки параметров мира получили в науке специальное название – антропный принцип (от греческого «антропос», что означает «человек», поскольку параметры мира словно специально подогнаны так, чтобы дать возможность существования в нашей вселенной жизни и разума).

Итак, объяснение первое:

– возможно, константы и не могли быть другими, возможно, они друг с другом сцеплены и исходят друг из друга, просто мы еще не знаем, как и почему. Но узнаем.

Второй способ объяснения:

– да, все эти константы могли быть другими! И действительно, их так много, а диапазоны нужных значений так малы, что необходимое для существования разумной жизни сочетание крайне, исчезающе маловероятно! Но если предположить, что вселенные возникают постоянно в неисчислимом множестве, а в каждой из мириадов вселенных реализуется свой набор констант, то картина становится иной: абсолютное большинство вселенных – пусто и безжизненно, но чисто статистически среди этих мириадов вселенных существует небольшой процент таких, где все мировые константы случайным образом подбираются так, что в них становится возможным существование сложных структур, включая жизнь. И эта жизнь потом ломает голову, отчего же ей так повезло! А ничего особенно удивительного в этом нет: просто в тех вселенных, где жизни нет (а их большинство), некому и спрашивать!

И никакой бог для объяснения не нужен!..

Как же выглядит вся это мультивселенная картина в целом?

Ну, например, так. Каждая черная дыра в нашей вселенной – зародыш новой вселенной, в которую она выворачивается через сингулярность, и там получается белая дыра – из такой же белой дыры возникла наша вселенная. При этом в каждой вселенной набор физических постоянных разный и определяется по случайному признаку. Но в пустых вселенных и в тех вселенных, где сплошной хаос, невозможно образование звезд и черных дыр. Соответственно, эти вселенные с дурным набором физических характеристик «бесплодны», они не дадут «потомства». А вот наша – даст, ей жутко повезло с набором правильных физических постоянных, в ней уймища зародышей для новых вселенных.

Есть и другая разновидность этого варианта объяснения, которая предполагает, что вселенных вовсе не много, вселенная на самом деле одна. Просто в первые микросекунды своего существования она раздувалась так быстро (этот процесс назвали инфляцией), что разные микрообласти вселенной, где в результате случайных колебаний сложились чуть разные мировые константы, раздуло так, что каждая такая область стала размером с наблюдаемую нами вселенную. Поняли?.. Представьте себе мини-капельку, в которой есть разные микрообласти, где чуть разные условия – где-то чуть больше чего-то, где-то чуть меньше… И вдруг эту мини-капельку и ее внутренние микрообласти инфляционно раздувает так, что каждая микрообласть становится целым гигантским миром! Причем раздуло пространство так быстро, буквально в мгновение ока, что даже свет из соседних областей не поспел за этим раздуванием. Ну а если свет не смог долететь из тех областей до нас, значит, области эти с другими физическими условиями лежат для нас за горизонтом событий.

Придумал и обсчитал эту теорию наш соотечественник физик Андрей Линде. И он в качестве зримой иллюстрации своей теории предлагает представить размалеванный разноцветный воздушный шар. Когда шар маленький, цветные пятнышки на нем малюсенькие. А когда шар раздулся, увеличились и цветные пятна, причем каждое пятно – свой мир со своим набором констант…

Вот примерно так сегодня наука представляет себе мироздание. Но людей всегда интересовало не только сегодня, но и завтра, поэтому в гипотезах о будущем вселенной недостатка тоже не было и нет!