Читать книгу "Вселенная Стивена Хокинга - Стивен Хокинг"

Одна из возможностей – это так называемые хаотичные граничные условия. В этом случае неявно подразумевается, что либо Вселенная бесконечна в пространстве, либо вселенных бесконечно много. В случае хаотичных граничных условий вероятность обнаружить любую конкретную область в пространстве в любой конкретной конфигурации сразу же после Большого взрыва в некотором смысле такая же, как и вероятность обнаружить ее в любой другой конфигурации: начальное состояние Вселенной выбирается совершенно случайным образом. Это означает, что ранняя Вселенная, скорее всего, была хаотична и неоднородна, потому что таких конфигураций Вселенной намного больше, чем однородных и упорядоченных. (Если все конфигурации равновероятны, то вернее всего, эволюция Вселенной началась с хаотичного и неупорядоченного состояния, просто потому, что такие состояния сильно преобладают.) Непонятно, как такие хаотичные начальные условия могли дать начало столь однородной и упорядоченной на больших масштабах вселенной – такой, какова наша Вселенная в настоящее время. Можно было бы ожидать, что флуктуации плотности в такой модели привели бы к образованию куда большего числа первичных черных дыр, чем допускает верхний предел, заданный наблюдениями гамма-фона.

Если Вселенная действительно бесконечна в пространстве или если существует бесконечное множество вселенных, то где-нибудь могут существовать обширные области, начавшие эволюцию с однородного и упорядоченного состояния. Здесь можно вспомнить об орде обезьян, стучащих по клавиатурам пишущих машинок, – в большинстве случаев результатом такого набора будет полная бессмыслица, но изредка и по чистой случайности на листе можно будет прочесть сонет Шекспира. Проводя параллель со Вселенной – не может ли статься, что мы живем в области, которая по воле случая оказалась однородной? На первый взгляд это кажется совершенно невероятным, потому что однородных областей намного меньше, чем хаотичных и неупорядоченных. Но предположим, что только в однородных областях есть звезды и галактики, подходящие условия для возникновения сложных самовоспроизводящихся организмов вроде нас, которых может заинтересовать вопрос: «Почему Вселенная такая однородная?» Это иллюстрация антропного принципа, который можно сформулировать так: мы видим Вселенную такой, какая она есть, потому что мы существуем.

Существуют две формулировки антропного принципа – слабая и сильная. Слабый антропный принцип гласит, что во Вселенной, которая достаточно протяженна или бесконечна в пространстве и/или во времени, необходимые условия для возникновения разумной жизни соблюдаются только в некоторых ограниченных во времени и пространстве областях. Поэтому разумные существа в этих областях не должны удивляться тому, что в том месте Вселенной, где они живут, соблюдаются условия, необходимые для их существования. Примерно как состоятельный человек, который живет в хорошем районе и не видит бедности.

С помощью слабого антропного принципа, например, «объясняется», почему Большой взрыв произошел около десяти миллиардов лет назад: потому что примерно столько времени требуется для появления разумных существ. Как мы установили выше, сначала должно было образоваться первое поколение звезд. Эти звезды переработали часть исходных запасов водорода и гелия в элементы вроде углерода и кислорода, из которых мы состоим. Эти звезды после вспыхнули как сверхновые, и из остатков их вещества сформировались другие звезды и планеты, в том числе и тела Солнечной системы, возраст которых составляет около пяти миллиардов лет. На протяжении одного-двух миллиардов лет на Земле было слишком жарко для появления каких бы то ни было сложных организмов. В течение оставшихся трех миллиардов лет шел медленный процесс биологической эволюции от простейших организмов к существам, способным измерить время, прошедшее с момента Большого взрыва.

Мало кто станет оспаривать справедливость и полезность слабого антропного принципа. Некоторые мыслители однако пошли дальше, предложив сильную его версию. В согласии с этой теорией существует либо множество разных вселенных, либо в пределах одной вселенной имеется множество разных областей, каждая с индивидуальной начальной конфигурацией и индивидуальным набором законов природы. Условия в большинстве этих областей не совместимы с возникновением сложных организмов, и только в небольшом числе вселенных, похожих на нашу, рождаются разумные существа и в свое время задают вопрос: «Почему Вселенная такова, какой мы ее видим?» Ответ прост: если бы она была иной, нас бы в ней не было!

Как мы знаем, законы природы диктуют много фундаментальных параметров вроде величины заряда электрона и отношения масс электрона и протона. Мы не можем, по крайней мере пока, предсказать эти числа теоретически и должны исходить из наблюдений. Быть может, однажды мы создадим полную единую теорию, которая продиктует нам значения всех этих величин, но не исключено, что некоторые из них – или даже все они – меняются от вселенной к вселенной или в пределах одной вселенной. Удивительно, что эти числа замечательно согласуются друг с другом, чтобы обеспечить возможность зарождения жизни. Например, если бы заряд электрона даже незначительно отличался от действительного, то звезды не могли бы «сжигать» водород и гелий или не могли бы взрываться. Разумеется, можно попробовать вообразить другие формы разумной жизни – что не удалось даже писателям-фантастам, – которым не требуется свет звезды вроде Солнца или не нужны тяжелые элементы, синтезируемые в недрах звезд и выбрасываемые в межзвездное пространство при взрывах. Тем не менее ясно, что только в небольшом количестве узких диапазонов значений фундаментальных констант становится возможным возникновение какой бы то ни было формы разумной жизни. Большинство наборов значений характеризуют вселенные, которыми, несмотря на всю их предполагаемую красоту, некому восхититься. Это можно рассматривать либо как аргумент в пользу божественного замысла при творении и выборе законов природы, либо как подтверждение сильного антропного принципа.

Против сильного антропного принципа, как объяснения наблюдаемого состояния Вселенной, есть ряд возражений. Прежде всего, что мы имеем в виду, когда говорим, что все эти вселенные существуют? Если они действительно отделены друг от друга, то события в другой вселенной не имеют никаких видимых проявлений в нашей. Поэтому следует прибегнуть к принципу экономии и исключить другие вселенные из теории. С другой стороны, если речь идет лишь о различных областях в единой вселенной, то законы природы должны быть одинаковы во всех этих областях, потому что иначе мы не могли бы непрерывно перемещаться из одной области в другую. В этом случае области различаются только своими исходными конфигурациями, и сильный антропный принцип сводится к слабому.

Второе возражение против сильного антропного принципа состоит в том, что он противоречит самому ходу истории науки. Представления человека о мире эволюционировали от геоцентрической космологии Птолемея и его предшественников через гелиоцентрическую космологию Коперника и Галилея к современной картине мира, в которой Земля – это средних размеров планета, обращающаяся вокруг рядовой звезды во внешней части заурядной спиральной галактики – одной из триллионов галактик в наблюдаемой Вселенной. При этом сильный антропный принцип постулирует, что вся эта исполинская конструкция существует лишь для нас. В это очень трудно поверить. Разумеется, Солнечная система является одним из необходимых условий нашего существования, и этот вывод можно распространить и на всю нашу Галактику, – нужно обеспечить возможность формирования первого поколения звезд, породивших тяжелые элементы. Однако похоже, что нет никакой необходимости ни в других галактиках, ни в том, чтобы на больших масштабах Вселенная была бы так однородна и единообразна во всех направлениях.