Космический ландшафт - Леонард Сасскинд

Но даже космологической постоянной не удалось бы склонить для меня чашу весов в пользу антропного принципа, если бы не открытие гигантского ландшафта, которое принесла нам теория струн.

Когда антропный принцип имеет смысл?

Предположим, что мы с вами являемся партнёрами в деле создания пригодных для жизни Вселенных. Ваша задача – придумать все необходимые ингредиенты и представить эскизный проект. Моя – найти на Ландшафте место, удовлетворяющее техническому заданию. Итак, вы придумываете конструкцию, а я отправляюсь исследовать Ландшафт. Если бы Ландшафт содержал лишь несколько долин, я бы почти наверняка не нашёл среди них подходящей. И на ближайшем совещании по проекту я бы доложил, что ваш проект никуда не годится, потому что найти долину, удовлетворяющую его требованиям, невозможно.

Но будучи немного знакомым с теорией струн, вы могли бы поставить моё суждение под сомнение, спросив: «Уверены ли вы, что обшарили каждый уголок в каждой долине? Вы исследовали все 10500 долин? Среди такого количества возможностей обязательно должно обнаружиться то, что мы ищем. Не тратьте время, перебирая наиболее часто встречающиеся, похожие друг на друга варианты, ищите что-нибудь уникальное».

Это подводит нас к новому критерию приемлемости антропного объяснения. Количество математически согласованных возможностей должно быть настолько велико, чтобы даже очень маловероятные варианты могли найтись по крайней мере в нескольких долинах.

Этот критерий имеет смысл применять только в контексте точной теории Ландшафта. Чтобы далеко не ходить за примером, вернёмся к нашим рыбам. Осетрологи, апеллируя к ньютоновскому закону всемирного тяготения, могли бы заявить, что его уравнения допускают существование круговых орбит планет на любом расстоянии от звезды. Планеты, находящиеся на очень далёких орбитах, слишком холодны, вода и даже метан там превращаются в лёд. Планеты, орбиты которых расположены слишком близко к звезде, слишком горячи, и вода там мгновенно закипает. Но где-то между этими крайними случаями должна существовать орбита, где температура на планете идеально подходит для существования жидкой воды. Теория даёт так много решений, что среди них обязательно найдётся то, которое нас удовлетворит.

Строго говоря, планета может вращаться вокруг звезды не на любом расстоянии. Солнечные системы во многом похожи на атомы: солнце и планеты напоминают атомное ядро и электроны. Как первым понял Нильс Бор, электроны могут находиться только на определённых орбитах, разрешённых законами квантовой механики. То же относится и к планетам. Но к счастью, количество возможных орбит настолько велико и они настолько плотно расположены, что для практических целей можно считать их распределение по расстоянию от звезды непрерывным.

Осетрологам недостаточно знать, что их требования к существованию жизни математически согласованы. Они должны быть уверены, что Вселенная достаточно велика и разнообразна, чтобы в действительности содержать почти всё, что теоретически может существовать. Наблюдаемая часть Вселенной содержит 1011 галактик, в каждой из которых существует не менее 1011 планет. Итого мы имеем 1022 возможностей удовлетворить специальным требованиям для существования жидкой воды. При таком обилии планет наверняка найдутся обитаемые.

Приведу ещё несколько соображений.

Для антропного объяснения факта X мы должны иметь серьёзные основания полагать, что если бы X был иным, то существование жизни нашего типа было бы невозможным. Именно это показал Вайнберг в отношении значения космологической постоянной.

Даже если X представляется совершенно невероятным, достаточно богатый ландшафт с огромным количеством долин может содержать долину, в которой X – обычное явление. Вот где проявляются удивительные следствия теории струн. Ландшафт уже вовсю изучается в университетах США и Европы, и большинство научных результатов указывают на существование невообразимого разнообразия долин, число которых, скорее всего, превышает 10500.

И последнее по счёту, но, конечно же, не по важности: космология, построенная на основе теории струн, должна естественным образом привести нас к Супермегаверсуму, настолько огромному, что любой возможный регион Ландшафта будет представлен в нём по крайней мере одной карманной вселенной. Теория струн в сочетании с идеей инфляции выглядит подходящим решением для нашего проекта. Но об этом – в следующих главах.

Антропный принцип – это бельмо на глазу теоретической физики. Многие физики очень экспрессивно реагируют на его упоминание. Причину такой реакции понять нетрудно. Антропный принцип угрожает господствующей парадигме, утверждающей, что все наши знания о природе могут быть полностью выражены языком математики. Обоснованны ли их аргументы? Более того, имеют ли они смысл?

Давайте посмотрим на некоторые из их возражений с точки зрения умных рыб. Утверждение, что антропный принцип – это не наука, а религия, – очевидный выстрел мимо цели. По мнению Андрея и Александра, нет никакой необходимости в божественном вмешательстве для тонкой настройки мира в интересах своих творений. Во всяком случае, большинство мест в нашем мире являются весьма негостеприимными и гораздо более смертоносными, чем когда-либо могли вообразить себе фишики. В действительности ихтиотропный принцип, в той форме, в которой его предложили Андрей и Александр, полностью исключает любую мистику из «фишического» описания мира.

Более актуальным является возражение, что, апеллируя к антропному принципу, физика теряет свою предсказательную силу. В какой-то степени это верно, если мы претендуем на предсказание температуры нашей планеты, количества солнечного света, которое она получает, точной продолжительности года, высоты приливов, солёности океана и т. п. Но отвергать ихтиотропное объяснение некоторых свойств окружающей среды на том только основании, что при этом теряется предсказательная сила, нерационально. Требование абсолютной предсказательной силы имеет под собой эмоциональную основу, не имеющую ничего общего с объективными фактами планетарной науки.

Сетования о том, что умная рыба отказывается от традиционных путей поиска научного объяснения, выражают психологический дискомфорт, но очевидно не имеют под собой научных оснований. В какой-то момент требования фишиков превращаются в религиозный догмат.

Из всех критических замечаний, которые я слышал в отношении антропного принципа, я могу отнести к серьёзным научным аргументам только одно. Оно принадлежит двум моим близким друзьям, Тому Бэнксу и Майку Дину, не разделяющим мои идеи.[66]

Вот что они говорят.

Предположим, что в природе существует некая тонкая настройка, не имеющая антропного значения. Например, Солнце и Луна имеют на небосводе один и тот же видимый размер. Во время солнечных затмений лунный диск почти точно закрывает солнечный. Это очень удачное совпадение для солнечной астрономии: оно позволяет астрономам производить наблюдения, которые в противном случае потребовали бы серьёзных ухищрений. Например, они могут изучать во время затмения солнечную корону. Они также могут точно измерить угол, на который гравитационное поле Солнца отклоняет свет, проходящий вблизи солнечной поверхности. Но эта необыкновенно точная настройка не имеет никакого значения для возможности жизни на Земле. Более того, вполне вероятно, что у большинства обитаемых планет нет спутников, видимый диаметр которых на небе так точно соответствует видимому диаметру звезды. Вероятность найти среди обитаемых миров планету с таким удачным расположением спутника и звезды крайне мала. Так что если мы не верим в неожиданные совпадения, объяснение нашего мира должно представлять собой нечто иное, нежели случайный выбор, подчиняющийся только антропным ограничениям.

Совпадение видимых размеров Солнца и Луны не представляет собой серьёзной проблемы. Точность этого совпадения не является феноменальной. Разница в средних видимых размерах составляет около одного процента. Один процент совпадений бывает в одном случае из ста. Вероятность такого события больше, чем вероятность попасть в автомобильную аварию. Но что, если бы видимые размеры Солнца и Луны совпадали с точностью до одной триллион триллион триллионной? Такое совпадение выглядело бы настолько маловероятным, что потребовало бы объяснения. И для этого объяснения пришлось бы привлечь что-то ещё в дополнение к антропному принципу. Это ставит под сомнение идею, что необъяснимые уникальные особенности Вселенной имеют что-либо общее с возможностью возникновения в ней жизни.

Существует по крайней мере одна очень необычная особенность Законов Физики, которая выглядит как очень тонкая настройка и при этом не требует антропного объяснения. Она имеет отношение к протону, но сначала рассмотрим свойства его почти близнеца – нейтрона. Нейтрон является примером нестабильной частицы. Не связанные внутри ядра нейтроны живут около 12 минут, прежде чем распасться. Разумеется, нейтрон имеет массу, или, что эквивалентно, энергию, которая не может исчезнуть просто так. Энергия – это величина, которую физики считают сохраняющейся. Это означает, что общее количество энергии никогда не может измениться. Примером ещё одной строго сохраняющейся величины является электрический заряд. Когда нейтрон распадается, его должно заменить что-то с той же суммарной энергией и электрическим зарядом. В природе нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Начальные и конечные энергия и электрический заряд в этой реакции одни и те же.