Сергей Парновский - Как работает Вселенная - Введение в современную космологию

Многие ученые не раз писали, что разумная жизнь, представленная во Вселенной по крайней мере человечеством, оказалась возможна благодаря серии невероятно удачных обстоятельств. Небольшое изменение параметров взаимодействия или масс элементарных частиц привело бы к тому, что не только была бы невозможна разумная жизнь, но и вся картина мироздания была бы совершенно иной. Естественно возник вопрос: почему Вселенная так приспособлена для появления разумной жизни? Ответ богословов нетрудно предвидеть. Но физикам очень трудно было предложить свой вариант ответа.

На помощь пришли следующие философские соображения. Для того чтобы обсуждать вопрос удобства нашей Вселенной для создания разумной жизни, нужна не только Вселенная, удовлетворяющая данному критерию, но и собеседники, которые это обсуждают. Другими словами, если Вселенная плохо приспособлена для появления разумной жизни, в ней не появятся разумные существа и, соответственно, некому будет пожаловаться на ее плохое устройство. То, что вы читаете эту книгу, связано не только с тем, что автор ее написал, а вы решили прочесть, но и с тем, что Вселенная со всеми ее взаимодействиями, константами и другими параметрами сделала возможным существование и авторов, и читателей. Если у нас есть много вариантов строения Вселенной, то обсуждение этого вопроса возможно только в тех из них, в которых есть кому его обсуждать.

С научной точки зрения важно наличие большого числа возможностей. До появления теории инфляции антропный принцип пытались применить к вопросу, почему плотность Вселенной не сильно отличается от критической плотности. Чтобы обеспечить большое число возможных вариантов, выбирали одну из двух возможностей: либо Вселенная испытывает большое, возможно очень большое, количество циклов рождения и уничтожения, либо в результате квантовых флуктуаций рождается очень большое число вселенных, независимых друг от друга. В первом случае антропный принцип позволяет выбрать удачный цикл, во втором случае – подходящую вселенную.

Идея Поливерсума с доменной структурой позволяет реализовать внутри него много разных возможностей, практически независимо друг от друга. И если то, что единственная Вселенная оказалась удачно устроенной, вызывало удивление, то куда меньшее удивление вызывает то, что мы можем найти хотя бы один подходящий кусок Вселенной из огромного количества вариантов с разными физическими законами и разными параметрами взаимодействия.

Невероятно сложно сорвать джекпот, купив один лотерейный билет, но это точно получится, если ты купил 1060 билетов.

Итак, по мнению многих людей, среди которых есть и ученые, мы живем во Вселенной, очень хорошо приспособленной для существования жизни в известном нам виде. В доказательство этого они приводят аргументы, относящиеся к компетенции разных наук. Хотя от многих этих аргументов можно отмахнуться ввиду их несерьезности, некоторые из них заслуживают внимания.

Начнем с физического аргумента. Разность масс покоя нейтрона и протона должна быть чрезвычайно точно подобранной величиной. Если эта разность станет чуть меньше и сравнится с массой покоя электрона, то в атоме водорода электрон будет реагировать с протоном с образованием нейтрона, и атомарный водород не сможет стабильно существовать в природе. Все «нормальные» звезды должны будут прекратить существование; жизнь в такой вселенной станет невозможной. Если же разность масс протона и нейтрона станет немного больше, чем есть теперь, будет невозможным образование дейтерия – тяжелого водорода, ядро которого состоит из протона и нейтрона. При этом в природе не сможет возникнуть ни один химический элемент, начиная с гелия и дальше. Очевидно, и в такой вселенной жизнь никогда не смогла бы возникнуть. Между тем эта разность масс протона и нейтрона составляет лишь десятую долю процента от массы каждой из этих частиц. И просчет в этой десятой доле на сотые в ту или в другую сторону имел бы роковые последствия для всей Вселенной. Так, тесно связанными оказываются сразу три независимые величины: массы протона, нейтрона и электрона. Кстати, среди прочих элементарных частиц именно это соотношение оказывается подобранным с такой скрупулезной точностью, почему эти частицы и служат основой вещества. Подобные рассуждения касаются и многих других физических констант, например постоянной тонкой структуры.