Маленькая книга о Большом взрыве

Логично было бы спросить, почему мы живем именно в той Вселенной, в которой живем? А если конкретнее: почему мы сейчас наблюдаем Вселенную возрастом именно около десяти миллиардов лет?

Это стандартный антропный вопрос, на который Роберт Дикке дал знаменитый ответ: «Вселенная должна быть достаточно стара, чтобы в ней существовали элементы помимо водорода – как минимум нам хорошо известно, что без угля не появилось бы физиков». Другими словами, если бы возраст Вселенной не достигал хотя бы нескольких миллиардов лет, ни нас, ни наших наблюдений просто бы не было. Антропный принцип говорит нам о том, что Вселенная

должна быть такой, какой мы ее наблюдаем, чтобы в ней могла существовать жизнь (ведь во Вселенной, в которой нет жизни, не будет и наблюдателей). В соответствии с антропным принципом именно возникновение жизни выделяет наш космос среди множества вселенных.

* * *

Когда в 1970-х стал популярным антропный принцип, мнения варьировались от скепсиса до насмешек. Многие физики видели в этом принципе тавтологию: совершенно очевидно, что наша Вселенная должна быть такой, какой является, именно потому, что мы в ней и живем. Аналогия, предложенная Дикке и Пиблсом, выглядит менее тривиально: например, группе космологов случайным образом раздаются заряженные и разряженные пистолеты, после чего начинается массовая игра в русскую рулетку. В заключение появляется профессиональный статистик, проводит исчерпывающий анализ и приходит к выводу: вероятность того, что выжившие космологи получили разряженные пистолеты, довольно высока.

Вы можете посмеяться и сказать, что это и так было очевидно, тем самым признав, что ситуация с русской рулеткой была проанализирована уже постфактум. Главное возражение против антропного принципа заключается в том, что он не может ничего предсказать и, следовательно, не отвечает фундаментальному требованию физической теории. В контексте массовой игры в русскую рулетку это не столь очевидно, ведь ее исход можно было предсказать. Когда же мы играем в рулетку со вселенными, мы не можем узнать заранее, заряжена определенная Вселенная или нет.

Тем не менее довольно известна история о том, как в 1953 году астроном Фред Хойл использовал антропный принцип для предсказания существования на Солнце ядерных реакций, необходимых для синтеза углерода, участвовавшего в возникновении жизни. Однако ни в одной из своих работ того времени он не затрагивал тему антропных соображений, поэтому данная история, судя по всему, родилась уже в последующие годы.

Эта ситуация отличается от той, что произошла с американским геологом Томасом Чемберленом. В XIX веке между физиками и натуралистами разгорелся серьезный спор о возрасте Земли. Дарвин полагал, что его теория подтверждала существование достаточно долгого периода развития живых организмов, необходимого для эволюции видов, но физики во главе с лордом Кельвином не готовы были поверить, что Солнце могло светить достаточно долго и излучать энергию с помощью какого-либо механизма. В 1899 году Чемберлен заявил, что аргументы Кельвина доказывают лишь то, что Солнце горит только благодаря какому-то неизвестному источнику энергии, запертому в атомах. Дарвинисты и Чемберлен оказались правы, а физики – нет. Возможно, что рассуждения Чемберлена и привели к открытию ядерных реакций на Солнце.

* * *

В последние десятилетия к антропным аргументам часто прибегали, чтобы объяснить многие особенности нашей Вселенной, хотя делалось это задним числом. Для наших целей наиболее значимыми являются те из них, что позволяют уточнить размеры отпечатков руки Бога и величину космологической постоянной. Мы уже видели, что размер флуктуаций в микроволновом фоне едва ли составляет одну стотысячную. Если бы они были сильнее, материя во Вселенной давно бы слиплась в черные дыры. Если бы были меньше – не образовались бы звезды и галактики. Разумеется, наблюдателей бы в такой Вселенной не было.

В то же время, поскольку те же самые факторы ускоряют расширение Вселенной, космологическая постоянная препятствует тому, чтобы материя объединялась в галактики. Если бы постоянная была больше, чем количество материи во Вселенной в эпоху формирования галактик, когда видимая Вселенная достигала приблизительно пятой части от ее сегодняшнего размера, никаких галактик бы так и не сформировалось. Плотность материи в тот момент была приблизительно в 125 раз выше, чем сейчас, а значит, величина космологической постоянной вряд ли могла превышать нынешние значения больше чем на 1 или 2 порядка величины.

Главное возражение против антропных аргументов всегда состояло в том, что они редко дают ответ с диапазоном «плюс-минус» меньшим, чем на порядок. С другой стороны, ограничение космологической постоянной до величины, приблизительно в десять раз превышающей ее нынешнее значение, – серьезный успех по сравнению со 120 порядками величины, вытекающими из вычислений квантовой механики, упомянутых в главе 8.