Текст книги "Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса"

Автор книги: Брайан Грин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 38 страниц)

Космическое ускорение

Проверив и многократно перепроверив всё самым тщательным образом, обе группы опубликовали свои результаты. Противоположно тому, что ожидалось, на протяжении последних 7 миллиардов лет расширение пространства не замедлялось. Оно ускорялось.

Результаты этой новаторской работы и последующих наблюдений, которые лишь закрепили полученные выводы, представлены на рис. 6.2. Наблюдения показали, что более 7 миллиардов лет назад масштабный фактор действительно вёл себя, как ожидалось: его рост постепенно замедлялся. Если бы так продолжалось, кривая на рисунке постепенно стала бы горизонтальной или даже начала опускаться. Однако, как было выяснено, примерно 7 миллиардов лет назад произошло нечто экстраординарное. Кривая стала подниматься, что ознаменовало рост масштабного фактора. Расширение пространства начало ускоряться и Вселенная переключилась на более высокую передачу.

Рис. 6.2. Зависимость масштабного фактора Вселенной от времени. Космическое расширение замедлялось до примерно 7 миллиардов лет назад, а затем начало ускоряться

Космическая плотность зависит от формы кривой на рисунке. При ускоренном расширении пространство будет бесконечно расширяться, разводя удалённые галактики всё дальше и всё быстрее. Через сто миллиардов лет любая галактика, не находящаяся сейчас в нашей окрестности (в гравитационном кластере, состоящем примерно из дюжины галактик, называемом нашей «местной группой»), выйдет за пределы нашего космического горизонта и перестанет быть видимой для нас. Если у астрономов будущего не будет под рукой записей, оставленных для них в более ранние эпохи, их космологические теории будут создаваться в попытке объяснить изолированную вселенную с небольшим числом галактик, одиноко плывущую в море неподвижного мрака. Мы живём в особенную эпоху. Ускоренное расширение лишит нас знания, дарованного Вселенной.

Далее мы увидим, что ограничения на возможности будущих астрономов ещё более поражают, когда мы пониманием, сколь огромно космическое пространства, как это установило наше поколение, стремясь объяснить ускоренное расширение.

Космологическая постоянная

Если бы вы увидели, что скорость мяча, подброшенного вверх, вдруг начала увеличиваться, вы бы решили, что есть что-то, что толкает его прочь от земной поверхности. Точно так же исследователи сверхновых пришли к выводу, что для неожиданного ускорения космической экспансии требуется нечто, что толкает наружу, нечто преодолевающее гравитационное притяжение. Как мы теперь хорошо знаем, именно так можно описать работу космологической постоянной, а порождаемое ею гравитационное отталкивание является идеальным кандидатом. Таким образом, наблюдения за сверхновыми вернули космологическую постоянную обратно под свет софитов, и не потому что «убеждённость – плохой судья», как писал Эйнштейн в своём письме десятилетиями ранее, а по причине упрямой силы фактов.

Полученные данные также позволили исследователям определить численное значение космологической постоянной – количество тёмной энергии, заполняющей пространство. Выразив полученный результат через массовый эквивалент, как это принято среди физиков (используя формулу E = mc² в менее привычном виде m = E/c²), исследователи показали, что данные, полученные из наблюдения сверхновых, приводят к значению космологической постоянной менее 10⁻²⁹ грамма на кубический сантиметр.^{50} Отталкивающая сила такой маленькой космологической постоянной в течение первых 7 миллиардов лет была подавлена притяжением обычного вещества и энергии, в согласии с наблюдательными данными. Но расширение пространства растворило, снизило плотность обычного вещества и энергии, что в конце концов позволило космологической постоянной взять верх. Напомним, что космологическая постоянная не подвержена растворению; гравитационное отталкивание, порождённое космологической постоянной, является внутренним свойством пространства – каждый кубический метр пространства даёт одинаковый вклад в отталкивающую силу, определяемый величиной космологической постоянной. Поэтому чем больше пространства находится между любыми двумя объектами благодаря космическому расширению, тем сильнее сила, отталкивающая их в разные стороны. Примерно 7 миллиардов лет гравитационное отталкивание, порождённое космологической постоянной, начало превалировать; с этого момента Вселенная расширяется с ускорением, так как описывает кривая на рис. 6.2.

Для соответствия с принятыми соглашениями мне следует выразить величину космологической постоянной в удобных единицах, наиболее часто используемых в физике. Согласитесь, странно просить продавца взвесить 10¹⁵ пикограмм картофеля (разумнее попросить 1 килограмм, в эквивалентных и более адекватных единицах меры), и ваш друг удивится, если вы попросите его подождать вас 10⁹ наносекунд (лучше сказать, что вы будете через 1 секунду, в эквивалентных, но более удобных единицах времени). Для физиков столь же странно измерять энергию космологической постоянной в граммах на кубический сантиметр. По причинам, которые скоро прояснятся, естественным выбором будет выражение величины космологической постоянной в виде множителя от так называемой планковской массы (примерно 10⁻⁵ грамма), делённой на планковскую длину в кубе (куб с ребром примерно 10⁻³³ сантиметра, что даёт для объёма примерно 10⁻⁹⁹ кубического сантиметра). Измеренная в таких единицах величина космологической постоянной составляет примерно 10⁻¹²³, крохотное число, приведённое в самом начале этой главы.^{51}

Можно ли доверять такому результату? За годы, прошедшие с момента первых измерений, были получены ещё более убедительные данные, подтверждающие ускоренное расширение. Более того, новые экспериментальные данные (направленные, например, на анализ детальных свойств реликтового излучения; см. книгу «Ткань космоса», глава 14) прекрасно согласуются с данными по сверхновым. Если и есть место для манёвра, то оно может быть связано только с самим объяснением ускоренного расширения. Принимая, что общая теория относительности является математическим описанием гравитационного взаимодействия, единственной возможностью действительно является антигравитация, порождённая космологической постоянной. Другие возможные объяснения можно получить, если изменить эту картину, включив в неё дополнительные экзотические квантовые поля (которые, подобно тому что мы видели в инфляционной космологии, могут в определённые периоды космической эволюции маскироваться под космологическую постоянную)^{52}, либо изменить уравнения общей теории относительности (чтобы гравитационное притяжение убывало с расстоянием сильнее, чем это следует из механики Ньютона или теории Эйнштейна, позволяя таким образом удалённым областям разлетаться быстрее и не требуя присутствия космологической постоянной). Однако на сегодняшний день простейшее и наиболее убедительное объяснение наблюдаемому ускоренному расширению состоит в том, что космологическая постоянна отлична от нуля, а потому пространство заполнено тёмной энергией.

Для многих исследователей открытие ненулевой космологической постоянной стало самым удивительным наблюдательным результатом, о котором они когда-либо слышали.

Объяснение нуля

Когда я впервые столкнулся с данными по сверхновым, предполагающими ненулевое значение космологической постоянной, моя реакция была типичной для многих физиков. «Этого просто не может быть!» Большинство (но не все) теоретиков давно пришли к выводу, что значение космологической постоянной равно нулю. Такая точка зрения изначально возникла из истории про «самую большую ошибку Эйнштейна», но со временем возникло множество убедительных аргументов в её поддержку. Самый сильный основан на принципе квантовой неопределённости.

В силу квантовой неопределённости и сопутствующих флуктуаций, присущих всем квантовым полям, даже в пустом пространстве происходит неистовая микроскопическая активность. Подобно атомам, сталкивающимся со стенками сосуда, или детям, прыгающим по детской площадке, квантовые флуктуации обладают определённой энергией. Однако, в отличие от атомов и детей, квантовые флуктуации повсеместны и неизбежны. Нельзя объявить, что некоторая область пространства закрыта и отправить все квантовые флуктуации домой; энергия, присущая квантовым флуктуациям, пронизывает всё пространство и не может быть удалена. Поскольку космологическая постоянная есть не что иное, как энергия, пронизывающая пространство, то квантовые флуктуации являются именно тем микроскопическим механизмом, который порождает космологическую постоянную. Осознание этого факта имеет первостепенное значение. Вспомните, когда Эйнштейн ввёл понятие космологической постоянной, он сделал это абстрактно – не уточняя, чем она может быть на самом деле, откуда она может появиться и какое иметь происхождение. Установление связи с квантовыми флуктуациями сделало неизбежным возникновение космологической постоянной: если бы Эйнштейн её не придумал, то кто-нибудь другой, знакомый с квантовой физикой, обязательно бы сделал это. Как только мы принимаем во внимание квантовую механику, мы сталкиваемся с энергией полей, однородно распределённой в пространстве, что напрямую приводит нас к понятию космологической постоянной.

Вопрос только в численном значении. Сколько энергии содержится в вездесущих квантовых дрожаниях? Когда теоретики проделали соответствующие вычисления, получившийся ответ оказался довольно нелепым: в любом объёме пространства должно присутствовать бесконечное количество энергии. Чтобы понять почему, представьте квантовые дрожания поля внутри пустой коробки произвольного размера. На рис. 6.3 показаны примерные профили квантовых флуктуаций. Каждая флуктуация даёт вклад в энергию поля (чем короче длина волны, тем быстрее скорость флуктуации, следовательно, выше энергия). Поскольку существует бесконечно много возможных волновых профилей, у каждого из которых длина волны меньше, чем у предыдущего, то полная энергия квантовых флуктуаций бесконечна.[39]39
  Вдумчивый читатель заметит, что каждая флуктуация даёт вклад в энергию, обратно пропорциональный её длине волны, откуда следует, что сумма по всем возможным длинам волн приводит к бесконечной энергии.


[Закрыть]

Рис. 6.3. Существует бесконечно много волновых профилей в любом конечном объёме, следовательно, бесконечно много различных квантовых дрожаний. Это приводит к проблемному выводу о бесконечности энергии

И хотя совершенно очевидно, что такой вывод неприемлем, учёные не особо из-за этого переживали, потому что распознали в этой ситуации отражение хорошо известной проблемы, которую мы обсуждали ранее: противоречие между гравитацией и квантовой механикой. Всем было известно, что нельзя доверять выводам квантовой теории поля на супермалых расстояниях. Квантовые дрожания с длиной волны порядка планковской длины, 10⁻³³ сантиметра и меньше, имеют энергию (эквивалентно, массу по формуле m = E/c²) настолько большую, что начинает играть роль гравитационное взаимодействие. Для адекватного описания квантовых флуктуаций необходимо иметь теорию, совмещающую общую теорию относительности и квантовую механику. Идейно это приводит к теории струн или к любой другой квантовой теории, включающей гравитацию. Но немедленный и более прагматичный ответ состоял в том, чтобы просто пренебречь всеми квантовыми флуктуациями на расстояниях меньше планковской длины. Если этого не сделать, то наши вычисления, очевидно, выйдут за пределы применимости квантовой теории поля. Ожидалось, что когда-нибудь мы поймём теорию струн или квантовую гравитацию настолько хорошо, что сможем проводить вычисления с учётом квантовых флуктуаций, но пока в качестве временной меры предлагалось поместить самые быстрые флуктуации на математический карантин. Смысл этой директивы прозрачен: если проигнорировать флуктуации с длиной волны короче, чем планковская длина, их останется лишь конечное число, поэтому энергия в пустом пространстве будет тоже конечной.

Это уже прогресс. По меньшей мере такой трюк отодвигает проблему под ответственность будущих открытий, которые, постучим по столу, смогут приручить супермалые длины волн квантовых флуктуаций. Но даже при таком отсечении для энергии конечных квантовых флуктуаций всё равно получился гигантский ответ, примерно 10⁹⁴ грамм на кубический сантиметр. Это намного больше, чем все звёзды во всех известных галактиках, сжатые до размера напёрстка. Рассматривая бесконечно малый кубик с ребром, равным планковской длине, приходим к выводу, что эта колоссальная плотность составляет 10⁻⁵ грамма на куб планковской длины, или 1 планковская масса на планковский объём (именно поэтому такие единицы измерений как килограммы для картофеля и секунды для ожидания являются естественным и разумным выбором). Космологическая постоянная такой величины приведёт к невообразимо быстрому взрыву, так что всё, начиная с галактик и кончая отдельными атомами, просто разорвёт в клочья. С количественной стороны астрономические наблюдения установили жёсткий предел на то, как велика может быть космологическая постоянная, если она вообще существует, а теоретические результаты превысили этот предел на умопомрачительный множитель, больше чем на сотни порядков величины. Хотя большая энергия, заполняющая пространство, лучше, чем бесконечная, физики осознали отчаянную необходимость радикально уменьшить результат своих вычислений.

Именно здесь предвзятость теоретиков выходит на первый план. Предположим на мгновение, что космологическая постоянная не просто мала. Пусть она равна нулю. Ноль – это любимое число всех теоретиков, потому что имеется верный и испытанный способ его возникновения в вычислениях – симметрия. Например, представим, что Арчи был отправлен на курсы повышения квалификации и в качестве домашнего задания должен сложить первые десять чисел, возведённых в шестьдесят третью степень, 1⁶³ + 2⁶³ + 3⁶³ + 4⁶³ + 5⁶³ + 6⁶³ + 7⁶³ + 8⁶³ + 9⁶³ + 10⁶³ и затем сложить полученный результат с суммой первых десяти отрицательных чисел, возведённых в шестьдесят третью степень, (−1)⁶³ + (−2)⁶³ +(−3)⁶³ + (−4)⁶³ + (−5)⁶³ + (−6)⁶³ + (−7)⁶³ + (−8)⁶³ + (−9)⁶³ + (−10)⁶³. Что получится в итоге? В тот момент, когда он кропотливо вычисляет, отчаиваясь всё сильнее и сильнее, умножая и затем складывая вместе числа, у которых более полусотни знаков, вмешивается Эдита. Она говорит: «Воспользуйся симметрией, Арчи». «Что?» – не понимает он. Эдита имеет в виду, что для каждого слагаемого в первой сумме имеется симметричный партнёр во второй сумме: 1⁶³ и (−1)⁶³ в сумме дают ноль (отрицательное число, возведённое в нечётную степень, остаётся отрицательным), 2⁶³ и (−2)⁶³ в сумме дают ноль, и так далее. Симметрия между двумя выражениями приводит к полному взаимному сокращению, как будто два ребёнка одинакового веса сидят на противоположных сторонах качелей. Без каких-либо вычислений Эдита находит, что ответ равен нулю.

Многие физики полагают – правильнее было бы сказать, надеются, – что некое подобное полное сокращение, обусловленное ещё не открытой симметрией физических законов, исправит вычисление энергии квантовых флуктуаций. Было высказано предположение, что когда наше понимание физики выйдет на новый уровень, будет выявлен некоторый огромный, пока неизвестный вклад, который скомпенсирует огромную энергию квантовых флуктуаций. Можно сказать, что это почти единственная стратегия, придуманная физиками, чтобы укротить неконтролируемые результаты грубых вычислений. Именно поэтому многие теоретики пришли к выводу, что космологическая постоянная обязана быть равной нулю.

В суперсимметричных моделях возникает конкретный пример того, как можно осуществить этот сценарий. Вспомним из главы 4 (табл. 4.1), что суперсимметрия приводит к парам частиц и, следовательно, парам полей: электрон составляет пару частице, названной суперсимметричным электроном, или сэлектроном, для краткости; кварки и скварки; нейтрино и снейтрино и так далее. На данный момент все такие «счастицы» являются гипотетичными, но эксперименты на Большом адронном коллайдере могут изменить ситуацию в течение ближайших нескольких лет. Так или иначе, при математическом анализе квантовых флуктуаций, связанных с каждой парой полей, всплывает один интригующий факт. Для каждой флуктуации первого поля имеется соответствующая флуктуация его партнёра с такой же формой, но противоположным знаком, точно так же как в домашнем задании Арчи. Так же как в том примере, при сложении все такие вклады пара за парой сокращаются, и окончательный ответ оказывается равным нулю.[40]40
  Заметим, что сокращение происходит благодаря тому, что суперсимметрия спаривает бозоны (частицы с целым спином) и фермионы (частицы с полуцелым (нечётным) спином). Так как бозоны описываются коммутирующими переменными, а фермионы описываются антикоммутирующими переменными, это приводит к противоположным знакам их квантовых флуктуаций.


[Закрыть]

Подвох, и достаточно серьёзный, в том, что полное сокращение происходит тогда, когда оба партнёра имеют не только одинаковые электрические и ядерные заряды (что так и есть), но и одинаковые массы. Но экспериментальные данные исключают такую возможность. Даже если в природе и есть суперсимметрия, из наблюдений следует, что она не может быть реализована в самой полной форме. Пока не открытые частицы (сэлектроны, скварки, снейтрино и тому подобное) должны быть значительно тяжелее своих известных партнёров – только так можно объяснить, почему они до сих пор не были обнаружены в экспериментах на ускорителях. При разных массах частиц симметрия нарушается, баланс разбалансирован, сокращения неполные; итоговое значение опять огромно.

В течение многих лет было выдвинуто множество подобных принципов и механизмов сокращения, но ни один из них не достиг цели доказать теоретически равенство нулю космологической постоянной. Но даже в этой ситуации большинство исследователей воспринимали данный факт просто как отражение неполноты нашего понимания физики, а не как ключ к тому, что наша вера в равенство нулю космологической постоянной была ошибочна.

Одним из физиков, отвергающим ортодоксальный взгляд на проблему, был нобелевский лауреат Стивен Вайнберг.[41]41
  Кембриджский астрофизик Джордж Эфстатиу также одним из первых выдвинул убедительные аргументы в поддержку ненулевой космологической постоянной.


[Закрыть] В статье, опубликованной в 1987 году, более чем за десять лет до революционных данных по сверхновым, Вайнберг предложил альтернативный теоретический подход, приведший к радикально иному результату: малой, но не равной нулю космологической постоянной. При вычислениях Вайнберг исходил из идеи, относящейся к разряду тех, что делят физическое сообщество на два лагеря, – идеи, одними почитаемой, а другими отторгаемой, идеи, которую одни называют глубокой, а другие считают глупостью. Её официальное, хоть и обманчивое название – антропный принцип.

Космологическая антропность

Гелиоцентрическая модель солнечной системы Николая Коперника как ничто лучше доказывает, что мы, люди, отнюдь не центр Вселенной. Современные открытия упрочили этот урок, да ещё как! Теперь мы понимаем, что открытие Коперника всего лишь одно из череды доказательств, опровергающих столь долго лелеянные нами представления об особом статусе человечества: мы живём не в центре Солнечной системы, не в центре Галактики, не в центре Вселенной, мы даже не сделаны из тёмной материи, составляющей бо́льшую часть массы во Вселенной. Такое космическое понижение в статусе, от примы до статиста, является примером того, что учёные называют теперь принципом Коперника: в полной системе бытия всё указывает на то, что людям не предназначена сколь-нибудь особая роль.

Почти пятьсот лет спустя после работы Коперника на юбилейной конференции в Кракове один из докладов – представленный австралийским физиком Брэндоном Картером – вдруг заманчиво предложил неожиданный пересмотр принципа Коперника. Картер предположил, что излишняя приверженность коперниковским взглядам может, при определённых условиях, лишить исследователей возможности достичь прогресса. Да, соглашался Картер, человечество находится отнюдь не во главе устройства бытия. Но всё же, продолжал он, поддерживая похожие высказывания таких учёных, как Альфред Рассел Уоллес, Абрагам Зелманов и Роберт Дикке, есть сцена, на которой мы действительно играем совершенно исключительную роль – наши собственные наблюдения. Сколь бы далеко не отодвинул нас Коперник и его заветы, мы первые в списке, когда речь идёт о сборе и анализе данных, формирующих основу наших представлений о природе. И в силу такого неизбежного положения мы обязаны принимать во внимание то, что в статистике называется систематической ошибкой отбора.

Это простая идея, которая широко применяется. Если вы изучаете популяцию форели, но собираете данные лишь в пустыне Сахара, то вся полученная информация будет искажена неправильным фокусом на недружественной для форели среде обитания. Если вы изучаете интерес общества к опере, но проводите опрос только среди подписчиков журнала «Не могу жить без оперы», то результаты будут неточны, потому что опрашиваемые не являются типичными представителями населения в целом. Если вы проводите опрос в группе беженцев, перенёсших невероятные трудности во время переселения, то можете прийти к выводу, что эта этническая группа одна из самых жизнестойких на планете. Однако, когда вы узнаете тот удручающий факт, что те, с кем вы говорили, составляют лишь 1 процент от всех, кто был вынужден бежать из своей страны, то поймёте, что ваш вывод далёк от истины, потому что только феноменально сильные люди пережили такую миграцию.

Рассмотрение таких ошибок крайне важно для получения осмысленных результатов и во избежание напрасных усилий для объяснения выводов, сделанных на основе нерепрезентативных данных. Почему форель вымерла? В чём причина лихорадочного интереса к опере в обществе? Почему эта этническая группа настолько вынослива? Необъективные наблюдения могут заставить вас пуститься в бессмысленные поиски объяснений несуществующих вещей.

В большинстве случаев ошибки подобного рода легко определяются и устраняются. Но есть ошибки не столь очевидные, которые легко можно проглядеть. Это то, насколько ограничения на место и время, где и когда мы можем жить, имеют огромное влияние на то, что мы можем видеть. Если нам не удаётся адекватно воспринять последствия подобных ограничений на наши наблюдения, то тогда, подобно описанным выше примерам, мы можем прийти к совершенно неправильным выводам, в том числе к таким, которые могут побудить нас к бесплодным попыткам объяснить смысл дырки от бублика.

Представьте, например, что вы намереваетесь выяснить (подобно великому учёному Иоганну Кеплеру), почему Земля расположена в 150 миллионах километров от Солнца. Вы хотите найти нечто, оставаясь исключительно в рамках физических законов, что даст объяснение этому факту. Долгие годы вы упорно трудитесь, но не в силах найти убедительное объяснение. Имеет ли смысл продолжать? Если вы задумаетесь о потраченных усилиях и учтёте систематическую ошибку отбора, то быстро сообразите, что гоняетесь за тенью.

Законы гравитации Ньютона и Эйнштейна позволяют планетам двигаться вокруг Солнца по орбитам произвольного радиуса. Если бы вы могли передвинуть Землю на любое другое расстояние от Солнца и затем запустить заново с правильной скоростью (её просто вычислить с помощью основных физических законов), то она также легко будет вращаться по новой орбите. Единственное, что важно в положении Земли на расстоянии в 150 миллионов километров от Солнца – это температурный режим, благоприятствующий нашему присутствию здесь. Если Земля будет расположена гораздо ближе или дальше от Солнца, температура будет значительно выше или ниже, что приведёт к исчезновению важнейшей части, существенной для нашей формы жизни – жидкой воды. Это отражает встроенную систематическую ошибку. Сам факт того, что это мы измеряем расстояние от нашей планеты до Солнца, гарантирует, что полученный результат должен попасть в ограниченный диапазон значений, совместимых с самим нашим существованием. Иначе нас бы здесь не было, и некому было бы размышлять над расстоянием от Земли до Солнца.

Если бы Земля была единственной планетой в Солнечной системе или единственной планетой во Вселенной, то вы всё же могли бы чувствовать себя обязанным продолжить исследования. Хорошо, сказали бы вы, я понимаю, что моё собственное существование привязано к определённому расстоянию от Земли до Солнца, но это лишь усиливает необходимость объяснить, почему так получилось, что Земля расположена в таком удобном, привлекательном с точки зрения жизни месте? Является ли это всего лишь удачным совпадением? И есть ли более глубокое объяснение этому факту?

Но Земля не единственная планета во Вселенной и даже в Солнечной системе. Есть много других. Это заставляет посмотреть на вещи под иным углом. Чтобы понять, что я имею в виду, представьте, что вы зашли в обувной магазин. Вы почему-то считаете, будто в этом обувном магазине есть обувь только одного размера. Представляете, как вы обрадуетесь, когда продавец принесёт вам пару ботинок, идеально вам подходящих. «Из всех возможных размеров обуви, – подумаете вы, – удивительно, что этот размер оказался именно моим. Является ли это всего лишь счастливым совпадением? И есть ли более глубокое объяснение этому факту?» Но вопрос отпадёт, как только вы узнаете, что магазин продаёт обувь всех размеров. Похожая ситуация имеет место во Вселенной со многими планетами, расположенными на разных расстояниях от своих звёзд. Так же как нет ничего удивительного в том, что среди всех размеров обуви в магазине нашёлся по крайней мере один подошедший вам, так же нет ничего удивительного, что среди всех планет во всех солнечных системах во всех галактиках есть, по крайней мере, одна, расположенная на правильном расстоянии от звезды, что даёт климат, благоприятствующий нашей форме жизни. Конечно, мы с вами живём на одной из таких планет. Мы просто не сможем развиваться и жить на других планетах.

Поэтому нет никакой фундаментальной причины, почему Земля находится на расстоянии в 150 миллионов километров от Солнца. Определённое значение орбитального расстояния планеты от звезды обусловлено набором исторических случайностей, неисчислимых тонкостей в свойствах вращающегося газового облака, из которого образовывается та или иная солнечная система; это событие зависит от множества обстоятельств, не имеющих фундаментального объяснения. Действительно, такие астрофизические процессы привели к образованию планет во всём космосе, вращающихся вокруг своих звёзд на разных расстояниях. Мы живём на одной из них, расположенной на расстоянии в 150 миллионов километров от нашего Солнца, потому что именно на такой планете может развиваться наша форма жизни. Неспособность учесть эту систематическую ошибку отбора приведёт нас к поиску более глубокого ответа. Но это мартышкин труд.

Статья Картера подчёркивала важность принятия во внимание подобной систематической ошибки, учёт которой был назван им антропным принципом (неудачное название, потому что эта идея в равной степени применима к любой форме разумной жизни, которая проводит и анализирует наблюдения, а не только к человечеству). Никто не стал возражать против этой части рассуждений Картера. Дискуссионной оказалась часть, где он предположил, что антропный принцип может быть распространён не просто на отдельные объекты во Вселенной, например орбитальные расстояния планет, но и на всю Вселенную в целом.

Чтобы это могло значить?

Представьте, что вы размышляете над некоторым фундаментальным свойством Вселенной, скажем, массой электрона, 0,00054 (в долях от массы протона), или над силой электромагнитного поля, 0,0073 (в терминах его константы связи), или над главной нашей целью в этой главе – величиной космологической постоянной, 1,38 × 10⁻¹²³ (выраженной в планковских единицах). Вы намерены объяснить, почему эти константы имеют именно такие значения. Пытаетесь снова и снова, но остаётесь с пустыми руками. Сделайте шаг назад, говорит Картер. Возможно, что причина ваших неудач такая же, как при объяснении расстояния от Земли до Солнца: фундаментального объяснения просто не существует. Подобно существованию множества планет на разных расстояниях, среди которых есть и планета, населённая нами, потому что её орбита приводит к благоприятным условиям для жизни, возможно, существует много вселенных с разными значениями «констант», а мы с необходимостью находимся во Вселенной, в которой эти значения благоприятствуют нашему существованию.

При таком образе мысли спрашивать, почему константы имеют такие значения, какие они имеют, неправильно. Нет никакого закона, определяющего их значения; они могут варьироваться, и действительно варьируются, внутри мультивселенной. Наша внутренняя систематическая ошибка отбора гарантирует, что мы находимся в той части мультивселенной, в которой привычные нам значения констант таковы просто потому, что мы не можем существовать в частях мультивселенной с другими значениями констант.

Отметим, что в случае, когда наша Вселенная единственная, подобные рассуждения теряют смысл, и вы по-прежнему можете задаваться вопросами насчёт «счастливого совпадения» или «глубокого понимания». Подобно тому как убедительное объяснение наличия в обувном магазине именно вашего размера требует, чтобы полки в магазине были плотно набиты обувью разных размеров, подобно тому как убедительное объяснение существования планеты, расположенной на биологически благоприятном расстоянии от звезды требует, чтобы существовало много планет, вращающихся вокруг своих звёзд на разных расстояниях, точно так же убедительное объяснение значений фундаментальных констант в природе требует огромного выбора вселенных, наделённых разными значениями констант. Только тогда – в рамках концепции мультивселенной – антропный принцип способен развеять ореол загадочности.[42]42
  В главе 7 вопрос проверки теорий с мультивселенными будет рассматриваться более подробно; также более тщательно будет рассмотрена роль антропных рассуждений в получении потенциально проверяемых предсказаний.


[Закрыть]

Тогда очевидно, что ваша готовность принять антропный принцип зависит от того, насколько сильно вы верите в следующие три существенные предположения: (1) наша Вселенная – это часть мультивселенной; (2) в разных вселенных мультивселенной константы находятся в широком диапазоне возможных значений; (3) жизнь в известной нам форме невозможна при почти всех отклонениях от наблюдаемых значений констант.

В 1970-х году, когда Картер выдвинул эти идеи, на обсуждение концепции параллельных вселенных было наложено табу. Да и сейчас есть достаточно причин для скептицизма. Но мы видели в предыдущих главах, что хотя выбор того или иного конкретного вида мультивселенной остаётся сугубо умозрительным, есть причины серьёзно отнестись к такому новому взгляду на окружающую нас действительность. Это доводы в пользу предположения (1). Многие учёные сейчас им следуют. Что касается предположения (2), мы видели, что, например, в инфляционной мультивселенной и мультивселенной на бране значения фундаментальных констант природы действительно могут варьироваться от вселенной к вселенной. Далее в этой главе мы остановимся на этом вопросе более подробно.