Наука плоского мира IV: Судный день - Терри Пратчетт

Корни этих проблем глубоки, и важно не обойти их стороной, поддавшись на какое-нибудь правдоподобное «объяснение», которое упускает из вида главное. К примеру, слабый антропный принцип о том, что мы можем наблюдать Вселенную, только если она приспособлена для нашего существования действительно объясняет, почему наша Вселенная должна удовлетворять некоторым жестким ограничениям. Так как мы существуем, иначе и быть может. Но это всего лишь другой способ выразить мысль «Вселенная такова, какова она есть». С тем же успехом мы могли бы начать, скажем, с существования серы и прийти к выводу, что атомная теория должна быть именно такой, какой мы ее себе представляем. Слабый антропный принцип кажется непохожим на «слабый серный принцип»[103] лишь потому, что последний говорит не о нас, а о кусочке желтого камня. Но принцип Коперника предостерегает нас от фантазий о собственной уникальности, и в данном случае ни о какой уникальности речь не идет. Мы всего лишь одно из материальных свидетельств. Столь же убедительным был бы довод в пользу того, что целью уникальной настройки Вселенной было создание серы.

Слабый антропный принцип не идет дальше сказанного. Он не объясняет, почему существует именно такая, а не иная разновидность Вселенной особенно если учесть, что почти все альтернативные варианты предположительно разваливаются на части или взрываются сразу же после своего появления на свет, либо оказываются настолько скучными, что в них могут возникать лишь самые простые структуры. С другой стороны, такого объяснения не дает и сильный антропный принцип, который гласит, что целью создания Вселенной было человеческое существование. Столь же легко мы могли бы сформулировать «сильный серный принцип» Вселенная была создана для того, чтобы в ней могла существовать сера.

Почему мы? Сильный антропный принцип просто принимает на веру очевидность того факта, что в нас заключен смысл всего сущего. Сера? Не смешите!

Давайте в качестве разминки обсудим историю с углеродом как более простую для понимания. А затем познакомимся с этими загадочными фундаментальными константами. Оба вопроса уже обсуждались в «Науке Плоского Мира II: Земной Шар», и теперь, прежде, чем двигаться дальше, нам придется кое-что из этого напомнить. Вкратце.

Астрофизики сформулировали тщательно выверенное теорию, объясняющую происхождение химических элементов. Комбинации элементарных частиц протонов, нейтронов или их более экзотических предшественников собрались в гигантские облака и сформировали атомы самого легкого элемента водорода. Ранняя Вселенная была достаточно горячей, чтобы атомы водорода могли сливаться друг с другом, образуя второй по массе элемент гелий. Затем облака сжались под влиянием собственной гравитации, и в дело вступили ядерные реакции. Появились звезды, внутри которых происходила сборка новых элементов с атомными массами до железа включительно. В недрах красных гигантов под влиянием более тонких процессов возникали более тяжелые элементы вплоть до висмута. Для синтеза всех остальных элементов требовались высокоэнергетические процессы, которые происходили только в сверхновых звездах массивных взрывах звездного вещества.

В 1954 году астроном Фред Хойл понял, что с углеродом связана одна трудность. Во Вселенной его было намного больше, чем можно было бы объяснить, опираясь на известные ядерные реакции. А углерод неотъемлемая часть жизнь. Углерод может формироваться в красных гигантах в результате так называемого «тройного альфа-процесса», при котором три ядра гелия (то есть атомы, лишенные своих электронов) практически одновременно сталкиваются друг с другом. Ядро гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Таким образом, комбинация из трех ядер должна создать новое ядро с шестью протонами и шестью нейтронами. Это и есть углерод.

В плотной среде красного гиганта столкновения ядер происходят сравнительно часто. Однако вероятность того, что к двум только что столкнувшимся ядрам сразу присоединится третье, не так уж велика. Так что процесс должен протекать в два этапа. Сначала два ядра гелия сталкиваются друг с другом и, сливаясь, образуют бериллий. Он, в свою очередь, сливается с третьим ядром. Проблема этой теории заключается в том, что упомянутая разновидность бериллия распадается спустя десятиквадриллионную долю секунды. Шансы на то, что ядро гелия сможет поразить такую недолговечную мишень, слишком малы.

Хойл об этом знал, но ему также было известно и об одной лазейке. Если совместная энергия бериллия и гелия будет очень мало отличаться от энергетического уровня углерода, то слияние ядер может произойти намного быстрее, и все расчеты сойдутся. Почти точное совпадение энергий такого рода называется резонансом. На тот момент не было известно ни одного подходящего резонанса, но Хойл настаивал на том, что он обязательно должен существовать. В противном случае сам Хойл, состоящий из довольно приличного количества углерода, просто бы не существовал. В результате он предсказал, что неизвестный энергетический уровень углерода должен составлять около 7,7 МэВ (миллионов электронвольт это единица энергии, удобная для расчетов ядерных реакций). К середине 1960-х экспериментатор Уильям Фаулер обнаружил такой резонанс на уровне 7,65 МэВ от прогноза Хойла он отличается менее, чем на 1 %. Хойл представил свое открытие как триумф «антропной» логики получения знаний о Вселенной, исходя из существования людей. Без этого тонко настроенного резонанса нас бы здесь не было.

Звучит впечатляюще, и в этом нет сомнения, если выставлять все именно в таком ключе. Но здесь мы уже видим склонность к преувеличению. Во-первых, связь с людьми излишня и не играет никакой особой роли. Важно не то, что можно создать из углерода, а сколько его имеется во Вселенной. Не нужно ссылаться на наше собственное существование, чтобы узнать общее количество углерода. В книге «Несостоятельность тонкой настройки»[104] Виктор Стенджер ссылается на исследование философа Хельге Крага, изучавшего историю предсказания Хойла. Изначально Хойл не связывал резонанс с существованием жизни как таковой, не говоря уже о жизни человека. Антропная связь была установлена не раньше, чем почти тридцать лет спустя. «Было бы ошибкой употреблять слово «антропный» по отношению к предсказанию состояния в 7,65 МэВ или использовать его в качестве примера прогностической силы антропного принципа», пишет Краг. Pan narrans снова проявил себя, а человеческая любовь к рассказию исказила историческую фабулу.

Далее, утверждение о том, что «без этого тонко настроенного резонанса нас бы здесь не было» просто-напросто ложно. Оценка резонансной энергии в 7,65 МэВ, вовсе не дает необходимого условия для существования жизни. Это энергия, необходимая для того, чтобы количество углерода соответствовало наблюдаемому значению. Если изменить энергию, производство углерода будет продолжаться…, но в иных количествах. Разница не так велика, как вы могли бы подумать: Марио Ливио с коллегами вычислили, что при любом значении от 7,596 МэВ до 7,716 МэВ выработка углерода осталась бы практически без изменений… Вплоть до 7,933 МэВ количество этого элемента будет достаточным для существования углеродных форм жизни. Более того, если бы уровень энергии упал ниже 7,596 МэВ, то выработка углерода не уменьшилась бы, а, наоборот, увеличилась. Минимальное значение, при котором количество углерода будет достаточным для появления жизни, это минимально возможная энергия углеродного атома, или энергия его основного состояния, равная 7,337 МэВ. В тонкой настройке резонанса нет необходимости.

Так или иначе, резонансы встречаются на каждом шагу, потому что атомные ядра имеют множество энергетических уровней. Не так уж и удивительно, что нам удалось найти один из них в пределах подходящего диапазона.

Более серьезное возражение проистекает из самих расчетов. Если принять во внимание факторы, не учтенные Хойлом, то окажется, что результат, которым он оперировал, будет значительно меньше суммарной энергии гелия и бериллия. Что же происходит с «лишней» энергией?

Она поддерживает горение красного гиганта.

Звезды горят при температуре, которая в точности компенсирует разницу в энергии. На первый взгляд, это кажется еще более поразительным совпадением. Забудьте об углероде проблема куда глубже. Если бы фундаментальные константы нашей Вселенной были другими, то безошибочно тонкая настройка резонанса исчезла бы, красные гиганты погасли, и углерода бы не хватило ни на Фреда Хойла, ни на Адама с Евой, ни на вас, ни на вашу кошку.

Однако и в этом доказательстве есть свой изъян. Изменение фундаментальных констант оказывает влияние не только на красные гиганты, но и на резонанс углерода. Более того, поскольку звезды сжигают гелий и бериллий, то ядерные реакции, происходящие в их недрах, самопроизвольно стремятся к температуре, обеспечивающей горение топлива. Разве не удивительно, что температура огня, образующегося при горении угля, в точности совпадает с температурой горения самого угля? Нет. Если уголь в принципе способен к горению, то благодаря обратным связям энергетический баланс реакции сойдется сам собой. Возможно, многообразие нашей Вселенной, в которой уголь может гореть, а красные гиганты сиять, действительно дает повод для изумления, но тонкая настройка здесь ни при чем. В сложной Вселенной, каким бы ни был ее внутренний механизм, могут возникать сложные объекты, которые будут прекрасно приспособлены к ее правилам, ведь именно так они и появились на свет. Но отсюда вовсе не следует, что Вселенная была специально отобрана или создана ради появления этих объектов. Или что в самих этих объектах есть что-то невероятное или особенное.