Конец XX-го и начало XXI-го веков ознаменовались крупнейшими прорывами в понимании мира, в котором мы живем и в понимании проблемы жизни как таковой, то есть того, в каком из миров жизнь вообще могла возникнуть. Вселенная, расширяющаяся с ускорением, многомирие или мультивселенная, темная энергия и темная материя, тонкая подгонка фундаментальных постоянных, необходимая для формирования и дальнейшего существования и развития сложных структур и, как следствие этой эволюции, появление живых организмов и человека, сильный и слабый антропные принципы — всё это ярчайшие свидетельства парадигмального переворота в понимании мира, в котором мы живем. А заодно и того, могли ли мы жить в других мирах с другими мировыми константами.
Начну именно с последнего. Что означает понятие «тонкая настройка Вселенной» или «fine-tuning»? Оно означает, что фундаментальные константы, входящие в физические законы и определяющие структуру Вселенной, а именно скорость света, гравитационная постоянная, постоянная Планка, массы электрона и протона, заряд электрона — не произвольны, а именно таковы, чтобы после Большого Взрыва стало возможным образование атомов, звезд, галактик и самого феномена жизни. Поскольку самые незначительные изменения перечисленных величин привели бы не к эволюции вещества и к возникновению жизни, а к «абсолютной пустоте», многие исследователи увидели за «тонкой настройкой Вселенной» Божественный Замысел и тем самым перебросили мост между наукой и религией. Другие пришли к еще более ошеломляющему выводу, признав тонкую настройку случайным образованием в так называемом многомирии или мультивселенной, насчитывающей 10 в 500-й степени независимых миров со всеми возможными значениями констант и начальных условий. И естественно ожидать, что среди этого множества наверняка найдется и такая уникальная (наша!) Вселенная, где значения констант подходят для образования звезд, галактик и, в конечном итоге, жизни.
Впрочем, математик Майкл Икеда и астроном Уильям Джефферис (аргумент Икеды-Джеффериса) попытались математически доказать, что тонкая настройка является скорее аргументом против теории разумного творения и поддержания жизни, чем поддержкой теистической точки зрения. Они доказали теорему, из которой следует, что в том случае, когда законы природы благоприятны для возникновения жизни, вероятность вмешательства в эти процессы некоего «разумного творца» ниже, чем в случае произвольных законов природы, при которых жизнь все же существует (потому что в первом случае во вмешательстве творца меньше необходимости). Значения вышеуказанных фундаментальных констант оказались единственно возможными и необходимыми для эволюции вещества, создания галактик и существования жизни во Вселенной.
— Если бы масса нейтрона была меньше, хотя бы на десятую долю процента, стабильные атомы и молекулы не могли бы образоваться, и эволюция не пошла бы дальше возникновения элементарных частиц.
— Уменьшение гравитационной постоянной на 8—10 % привело бы к тому, что галактики и звезды не успели бы сформироваться к настоящему времени, а при увеличении ее на 8—10 % звезды эволюционировали бы слишком быстро для обеспечения эволюции жизни.
— Соответствующие оценки для других фундаментальных постоянных показывают, что даже их небольшие изменения привели бы к невозможности существования любых устойчивых структур (атомов, молекул и более сложных образований).
— Если бы у элементарных частиц отсутствовал спин, то стали бы невозможными электромагнитное, гравитационное взаимодействие и образование сложных стабильных ядер. Если бы соотношение масс протона и электрона было бы меньше наблюдаемого значения (1836) то это исключило возможность образования молекул. Изменение массы протона или нейтрона всего примерно на одну тысячную исходной величины привело бы к нестабильности атома водорода, наиболее распространенного элемента во Вселенной. Жизнь не могла бы возникнуть и при небольших изменениях масс нейтрона и протона, а изменение величины заряда электрона или протона всего на одну миллиардную долю привело бы к разрыву живого объекта силой электростатического отталкивания.
Трехмерность пространства, в котором образуются миры, также не случайна. Пауль Эренфест еще сто лет тому назад выяснил, что именно в трехмерном пространстве «сила действия обратно пропорциональна квадрату расстояния» и что орбиты планет теряют свою устойчивость в четырех и более пространственных измерениях. В четырехмерном пространстве гравитационное поле Солнца будет действовать на планеты по закону обратных кубов, а это означает, что планеты, двигаясь по спиральным траекториям, быстро упали бы на Солнце и были бы им поглощены. Кроме того, при числе измерений больше трех атомные орбитали вокруг ядер теряют стабильность и электроны либо упадут в атомное ядро, либо рассеются в окружающее пространство.
Кроме того, при числе пространственных измерений больше трех квантовая механика предсказывает бесконечный спектр энергий электрона в атоме водорода, допускающий как положительные, так и отрицательные значения энергии. В случае размерностей меньше трех движение всегда происходило бы в ограниченной области. Только в трехмерном пространстве возможны как устойчивые финитные, так и инфинитные движения. При двух пространственных измерениях гравитационно взаимодействующие тела ни при каких условиях не могут образовывать связной системы, а при числе измерений пространства больше трех гравитационное взаимодействие, наоборот, настолько сильно, что не позволяет бесконечного движения тел. Предельный переход общей теории относительности в ньютоновскую теорию тяготения тоже возможен только в пространстве трех измерений.
Долгая жизнь звезд, необходимая для возникновения и эволюции жизни, также не случайна: теоретически показано, что она обусловлена двумя факторами — малой величиной слабого взаимодействия, замедляющего ядерные процессы в звездах и делающей стабильным нейтрон. Увеличение или уменьшение параметров слабого и сильного взаимодействия по сравнению с существующими привело бы к легко просчитываемым последствиям, которые сделали бы эволюцию материи и жизни невозможной. Сказанное относится также и к подобным изменениям гравитационной постоянной или постоянной электромагнитного взаимодействия.
Физики считают, что «правильные» (то есть необходимые для возникновения материи и жизни физические константы) являются следствием более общей, но все еще неизвестной физической теории. Когда такая теория будет построена, она вскроет механизмы, благодаря которым константы принимают свое значение, и объяснит, почему константы имеют именно такое значение, а не какое-либо иное. Возможно, константы имеют такое значение, потому что они просто не могут быть другими в принципе.
Тонкая подгонка фундаментальных постоянных, необходимая для формирования и дальнейшего существования и развития сложных структур, и, как следствия этой эволюции, появления живых организмов и человека, привела к формулировке известного «антропного принципа». Формулировка антропного принципа так или иначе опирается на предположение, что наблюдаемые в наше время законы природы не являются единственными реально существующими, то есть возможно существование Вселенных с иными законами, и в каких-то из них при благоприятном сочетании мировых констант возникает разумный наблюдатель.
Существуют разные формулировки антропного принципа, из коих наиболее понятен и прост так называемый сильный антропный принцип: Вселенная должна иметь свойства, позволяющие развиться разумной жизни. Или несколько по-иному «Мы являемся свидетелями процесса потому, что процессы другого типа протекают без свидетелей».
Само существование человечества свидетельствует, что законы нашей Вселенной ему благоприятствуют. Согласно антропному принципу участия Джона Уилера, Вселенные без разумного Наблюдателя не обретают статуса реальности, так как только Наблюдатель в состоянии осуществить редукцию квантового — перевести ансамбль возможных состояний — в единственное реальное.
Не буду останавливаться на критике антропного принципа Вайнбергом и другими физиками, потому что его аргументы несколько устарели. Правда, можно согласиться, что этот принцип принадлежит скорее не физике, а метафизике или что его наличие свидетельствует о нашем неумении ответить на возникающие сложные вопросы.
Хочу обратить внимание на связь антропного принципа и существования мультивселенной с инфляционными моделями Алена Гута, Андрея Линде и других. Что такое инфляция, объясняющая проблему подстройки мировых констант? Инфляция — мгновенное раздувание в начальный момент Большого Взрыва первичного «пузыря», из которого впоследствии сформировалась наша Вселенная. Идея инфляции восходит к Де Ситтеру (1917 г.), предполагавшему, что в начальной стадии формирования Вселенной не было ни вещества, ни излучения, а вся энергия была сосредоточена в вакууме. Затем Вселенная практически мгновенно (по оценкам за время от 10—35 до 10—32 сек) увеличилась в размерах в 10 в 120 степени раз. Ныне принято считать, что такой процесс мгновенного раздувания приводит к образованию не только нашей, но и огромного количества других вселенных (идея мультиверса), в одной из которых (именно нашей!) случайно реализовалась комбинация мировых констант, необходимых для эволюции вещества вплоть до возникновения жизни.
Физик-теоретик Ли Смолин в книгах «Жизнь космоса» и «Возвращение времени» предложил интереснейший принцип космологического естественного отбора, также объясняющего вышеуказанную «тонкую настройку» мировых констант. Согласно предложенной им модели, всякий раз, когда во вселенной возникает черная дыра, то из этой сингулярности путём Большого взрыва рождается новая вселенная (но в своем пространстве-времени, а не в исходном). При возникновении новой вселенной ей «по наследству» передаются законы физики и значения фундаментальных констант вселенной-предка, но с небольшими случайными «мутациями», то есть отклонениями от исходных значений. Те вселенные, чьи законы физики не позволяют образовываться устойчивым системам (атомам, звездам, вращающимся вокруг них планетам и т. д.), вследствие этого не формируют черные дыры, а значит, не оставляют «потомства». И наоборот, те вселенные, чьи законы физики позволяют образовываться, например, звездам, вырабатывающим углерод, производят много черных дыр, а значит, и вселенных-потомков, которым передают по наследству свои законы физики. Таким образом идет космологический естественный отбор вселенных по способности формировать макроскопические тела, звезды, углерод, а значит и жизнь. Те свойства Вселенной, которые нужны для образования как можно большего числа черных дыр, подходят и для развития жизни. Таким образом, свойства Вселенной в ходе космологического естественного отбора настроились для формирования черных дыр, а возможность возникновения жизни — «побочный эффект» этого процесса.
По мнению Смолина, его модель лучше, чем антропный принцип, объясняет «тонкую настройку Вселенной», необходимую для появления жизни, так как имеет два важных преимущества.
1. В отличие от антропного принципа, модель Смолина имеет физические следствия, которые поддаются проверке наблюдениями. Смолин утверждает, что наблюдения уже много раз могли бы опровергнуть его теорию, но пока что этого не произошло.
2. Жизнь во множественных вселенных возникает не случайным образом, а закономерно: больше «потомков» в ходе отбора имеют те вселенные, параметры которых приводят к возникновению большего числа черных дыр, и эти же параметры, по предположению Смолина, благоприятствуют возможности зарождения жизни.
Согласно недавно возникшей квантовой космологии, пытающейся дать ответы на другие проблемы возникновения и эволюции вселенной, в частности на проблему ее ускоренного расширения, наблюдаемая нами часть Вселенной образовалась из флуктуации вакуума или сверхплотного ядра, характерный размер которого в начальный момент был чрезвычайно мал — порядка планковского размера (10—33 см), но имел грандиозную плотность (10 в 94 степени г/см3). При таких масштабах действуют законы квантовой физики.
Согласно современным представлениям, которые объясняют вновь открывшиеся обстоятельства касательно быстрого, ускоряющегося со временем разлета нашей Вселенной она лишь на 4 % состоит из привычного для земных лабораторий барионного вещества. Более 20 % приходится на «темную материю», проявляющуюся лишь в гравитационном воздействии на наблюдаемые объекты. А около трех четвертей материи Вселенной связано с «темной энергией» — субстанцией, противоположной по своему воздействию гравитации и вызывающей наблюдаемое ускоренное расширение изученной части Вселенной.
Природа темной материи и темной энергии до сих пор окончательно не понята, хотя в этом направлении ведутся самые интенсивные исследования в лучших лабораториях мира. В частности, антигравитационные свойства темной энергии связывают со свойствами физического вакуума, заполненного квантовыми флуктуациями всех известных и неизвестных физических полей. Именно эти квантовые флуктуации ответственны за формирование галактик и других пространственных структур.
Здесь очень важно понимать, что гипотетические частицы темной материи и поля, обеспечивающие темную энергию, представляют собой квантовые объекты, а нынешнее состояние Вселенной описывается законами квантовой физики в сочетании с феноменом уже указанной инфляции. В момент инфляции Вселенная была пустой, а вся материя сформировалась по окончании инфляции благодаря квантовым процессам. Галактики же образовались благодаря квантовым флуктуациям на последней стадии инфляции.
Квантовая космология, как любая иная область квантовой физики, должна описывать наш мир «волновой функцией Вселенной». Но в рамках квантовых представлений необходимо присутствие Наблюдателя, без которого ничего определенного о протекающих процессах сказать нельзя. В квантовой космологии проблема Наблюдателя не только не решена, но по существу еще даже не поставлена. Ясно однако, что, принимая квантовую концепцию, мы должны допустить ПРИСУТСТВИЕ НАБЛЮДАТЕЛЯ и при рождении Вселенной.
Я называю эту проблему неотрывностью бытия и сознания и рассматриваю мир как состояние бытия-сознания. Об этом пишет и А.Д.Линде: «Не может ли быть так, что без учета сознания описание Вселенной будет принципиально неполным?»; «Без введения Наблюдателя Вселенная остается мертвой (не эволюционирующей во времени)». А по словам Д.Уилера, «Наблюдатель необходим, дабы привести Вселенную в состояние Бытия».
Редактор журнала «Вокруг света» Александр Сергеев в статье «Вселенная для человека?» пишет, что идея мультивселенной является «наиболее естественным объяснением тонкой настройки Вселенной». Однако он также отмечает, что самый существенный недостаток теории — сложность экспериментальной проверки и необходимость присутствия Наблюдателя.
Как же решается сегодня проблема бытия-сознания в современной квантовой космологии? Согласно Хью Эверетту, предложившему модель многомирия, именно сознание выбирает квантовомеханические альтернативы: «Сознание — это и есть разделение альтернатив». Иными словами, нам не обойтись без связи между Космическим Разумом в любом его понимании, Большим Взрывом и его последствиями. В частности, можно предположить, что именно «выбор альтернативы» привел к формированию мира с известными в настоящее время значениями фундаментальных постоянных, которые оказались единственно возможными и необходимыми для существования жизни во Вселенной.
Участие Космического Сознания могло, например, заключаться в том, что в Первичное Ядро (Первояйцо) уже была заложена программа дальнейшего развития Вселенной, пригодной для формирования в ней жизни, и энергия, необходимая для реализации этой программы. В дальнейшем ИНФОРМАЦИОННАЯ ПАНСПЕРМИЯ охватила всю нашу Метагалактику. С позиции неразрывности сознания-бытия, можно представить проблему несколько по иному: сама Вселенная — не холодные мертвые безжизненные миры, а огромный и единый Живой Организм (скажем, ноосфера по Вернадскому), в поддержании гармонии и эволюции которого человечество и каждый человек могут и должны играть сознательную и созидающую роль.