Начало бесконечности. Объяснения, которые меняют мир
Шрифт:
Если есть много параллельных вселенных, каждая со своими законами физики, и в большинстве из них невозможна жизнь, то можно полагать, что наблюдаемая тонкая настройка – лишь следствие парохиальной перспективы. Только во вселенных, населенных астрофизиками, может возникнуть вопрос о том, почему константы кажутся тонко настроенными. Такой ход объяснения известен как «антропная аргументация». Считается, что она опирается на так называемый «слабый антропный принцип», хотя, вообще говоря, никакого принципа тут не требуется – только логика. (Уточнение «слабый» нужно из-за того, что было предложено несколько вариантов антропного принципа, представляющих собой нечто большее, чем просто логику, но здесь нет нужды их касаться.)
Однако при тщательном рассмотрении оказывается, что антропных доводов недостаточно для полного объяснения. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим аргумент физика Денниса Сиама [22] .
Представьте, что в
22
Деннис Сиама (1926-1999) – британский физик и космолог, которого королевский астроном Мартин Рис называл главой одной из трех крупнейших мировых школ астрофизики (наряду с Джоном Уилером и Яковом Зельдовичем). В русскоязычных публикациях 1970-х годов его фамилия записывалась как Шьяма, в последнее время встречается также вариант Шиама. – Прим. ред.
23
Очевидно, делается намек на постоянную тонкой структуры, которая приблизительно равна 1/137. – Прим. ред.
Далее экспериментаторы приступили к непосредственному измерению константы, скажем, в лабораториях или путем астрономических наблюдений. Что они должны предсказывать? Весьма любопытно, но из антропного объяснения непосредственно следует предсказание, что значение константы не будет в точности равно 137,5. Почему? Допустим противное. Пусть – по аналогии – центр мишени для дротиков представляет значения, при которых астрофизики могут возникнуть. Будет ошибкой предсказать, что среднестатистический дротик попадет точно в центр. Аналогичным образом в подавляющем большинстве вселенных, в которых могли бы производиться эти измерения (потому что там есть астрофизики), эта константа не примет в точности значение, оптимальное для образования астрофизиков, и не будет слишком близка к нему в сравнении с размером центра мишени.
Из этого Сиама сделал вывод, что, если бы мы действительно измерили одну из тех физических констант и выяснили, что она очень близка к оптимальной для появления астрофизиков, это бы статистически опровергло, а не подтвердило антропное объяснение ее значения. Конечно, остается возможность, что это просто совпадение, но если бы мы согласились принимать в качестве объяснений астрономически невероятные совпадения, то нам вообще не следовало озадачиваться проблемой тонкой настройки, а мистеру Пейли мы должны были бы сказать, что часы на пустыре могли образоваться сами собой.
Более того, во вселенных, где условия настолько враждебны, что едва допускают появление астрофизиков, их существование должно быть относительно маловероятным. Если выстроить все значения, согласующиеся с появлением астрофизиков, в ряд, то исходя из антропного объяснения мы будем ожидать, что измеренное значение попадет в какую-нибудь типичную точку, не очень близко к середине или любому из концов.
Однако – и здесь мы приходим к главному выводу Сиамы – это предсказание кардинально меняется, если объяснить нужно сразу несколько констант. Да, маловероятно, что любая из констант окажется у края своей области значений, но чем констант больше, тем более вероятно, что по крайней мере одна из них там будет. Это можно проиллюстрировать графически следующим образом, заменив центр мишени отрезком прямой, квадратом, кубом… Можно представить себе дальнейший рост числа размерностей, соответствующий количеству тонко настроенных констант. Произвольно определим понятие «у края» как «не далее чем в 10 % от края по отношению ко всей области значений». В случае одной константы, как показано на диаграмме, 20 % возможных значений лежат около одного из краев области значений, а 80 % – «далеко от края». Но если констант две, то, чтобы оказаться «далеко от края», два значения должны удовлетворять двум ограничениям, и таких пар будет уже только 64 %, а 36 % находятся у края хотя бы по одному из двух измерений. Если констант три, у края лежит уже почти половина вариантов – 48,8 %, если быть точным. А если их 100, то у края окажутся 99,9999999 %!
Таким образом, чем больше констант, тем ближе типичная вселенная с астрофизиками к тому, что астрофизиков в ней нет. Число таких констант неизвестно, но, по-видимому,
На первый взгляд может показаться, что это, в свою очередь, объясняет другую великую и нерешенную научную загадку – парадокс Ферми, названный так по имени физика Энрико Ферми, который, как говорят, сформулировал ее всего в двух словах: «Где они?» Где внеземные цивилизации? С учетом принципа заурядности или даже просто того, что нам известно о Галактике и Вселенной, нет причины полагать, что феномен появления астрофизиков уникален для нашей планеты. Похожие условия, по-видимому, существуют во многих системах других солнц, так почему в каких-то из них не могут получаться те же результаты? Кроме того, с учетом временных масштабов, в которых развиваются звезды и галактики, чрезвычайно маловероятно, что любая заданная внеземная цивилизация в данный момент находится на том же уровне технологического развития, что и мы: скорее всего, она либо на миллионы лет моложе (то есть еще не существует), либо старше. Тогда у более старых цивилизаций было уже достаточно времени на исследование Галактики или хотя бы на то, чтобы послать автоматические космические зонды или сигналы. Парадокс Ферми заключается в том, что таких цивилизаций, зондов или сигналов не наблюдается.
Было предложено много возможных объяснений, но до сих пор ни одно из них не оказалось достаточно разумным. Может показаться, что антропное объяснение тонкой настройки в свете аргумента Сиамы дает хорошее решение проблемы: если физические константы в нашей Вселенной едва-едва могут привести к появлению астрофизиков, то неудивительно, что это произошло лишь однажды, так как вероятность того, что в одной и той же Вселенной произойдут два таких независимых события, исчезающе мала.
К сожалению, это объяснение тоже оказывается плохим, потому что фокусироваться на фундаментальных константах – это парохиальный подход: ведь на самом деле нет существенной разницы между теми же самыми законами физики с разными константами и другими законами физики. А логически возможных законов физики бесконечно много. И если бы все они воплощались в настоящих вселенных – как полагают некоторые космологи, такие как Макс Тегмарк [24] , то тот факт, что наша Вселенная находится в точности на краю класса вселенных, которые производят астрофизиков, был бы статистически достоверен.
24
Макс Тегмарк (р. 1967) – американский космолог шведского происхождения. Автор идеи, согласно которой «все математически непротиворечивые структуры существуют физически». Книги Макса Тегмарка «Математическая Вселенная» выходит в переводе на русский язык в 2014 году. – Прим. ред.
Мы знаем, что это не может быть так в силу аргумента, предложенного Фейнманом (применительно к немного иной проблеме). Возьмем класс всех возможных вселенных, в которых есть астрофизики, и посмотрим, что еще есть в большинстве из них. В частности, возьмем сферу такого размера, чтобы в ней смог поместиться ваш мозг. Если вы хотите объяснить тонкую настройку, то для этой цели ваш мозг в его текущем состоянии можно считать «астрофизиком». В классе всех вселенных, содержащих астрофизиков, есть много таких, которые содержат сферу, изнутри идеально совпадающую с вашей, включая ваш мозг до последней детали. Но в подавляющем большинстве этих вселенных вокруг сферы царит хаос: практически произвольное состояние, поскольку таких состояний намного больше, чем иных. Далее, такое состояние обычно не только аморфное, но и горячее. Таким образом, в большинстве подобных вселенных в следующий момент мы мгновенно погибнем от хаотичного излучения, источники которого находятся вне сферы. Но в любой заданный момент теория о том, что мы погибнем за какую-то пикосекунду, отвергается наблюдением через пикосекунду, и после этого можно выдвигать другую такую теорию. Так что это очень неразумное объяснение – доведенная до крайности интуиция азартного игрока.
То же самое верно и для чисто антропного объяснения всех других тонких настроек, включающих более чем несколько констант: такие объяснения предсказывают, что с исключительно высокой вероятностью мы находимся во вселенной, в которой астрофизики едва-едва возможны и перестанут существовать за одно мгновение. Таким образом, это неразумные объяснения.
С другой стороны, если законы физики существуют только в одной форме и лишь значения немногих констант отличают одну вселенную от другой, тогда сам факт, что законы не воплощаются в иных формах, – это тоже своего рода тонкая настройка, которую антропное объяснение обходит стороной.