Антропный принцип

0

Фото: pixabay.com

Авторы: Валерий Рубаков, Борис Штерн

В этой ста­тье речь пой­дет о хоро­шо извест­ном миро­воз­зрен­че­ском поня­тии, свя­зан­ном с самим фак­том наше­го суще­ство­ва­ния. Тер­мин «антроп­ный прин­цип» фигу­ри­ру­ет доволь­но часто, но столь же часто он трак­ту­ет­ся некор­рект­но и пута­ет­ся с антро­по­цен­триз­мом. Нач­нем с того, что суще­ству­ют как мини­мум два антроп­ных прин­ци­па — силь­ный и сла­бый. Это напи­са­но в любой «Вики­пе­дии», хотя подав­ля­ю­щее боль­шин­ство, про­из­но­ся «антроп­ный прин­цип», име­ет в виду его сла­бый вари­ант. Поэто­му мы сна­ча­ла «раз­де­ла­ем­ся» с силь­ным антроп­ным прин­ци­пом, что­бы боль­ше к нему не воз­вра­щать­ся.

Человек — творец и вершитель?

К его фор­му­ли­ров­ке при­ло­жил руку заме­ча­тель­ный физик Джон Уилер (John Wheeler), созда­тель мно­гих пре­крас­ных мета­фо­ри­че­ских тер­ми­нов, в том чис­ле таких попу­ляр­ных, как «чер­ная дыра», «кван­то­вая пена», «кро­то­вая нора» (в ори­ги­на­ле — “wormhole” — «чер­во­то­чи­на»). Вот фра­за, при­пи­сы­ва­е­мая Уиле­ру: «Наблю­да­те­ли необ­хо­ди­мы для обре­те­ния Все­лен­ной бытия» (1983). То есть, что­бы Все­лен­ная реа­ли­зо­ва­лась, в ней дол­жен появить­ся разум­ный наблю­да­тель. Сле­до­ва­тель­но, воз­мож­ны толь­ко такие все­лен­ные, кото­рые под­хо­дят для воз­ник­но­ве­ния жиз­ни и разу­ма. По край­ней мере с пер­во­го взгля­да выгля­дит чепу­хой. По мне­нию авто­ров дан­ной ста­тьи, это и есть чепу­ха. Тако­во наше кон­со­ли­ди­ро­ван­ное мне­ние, невзи­рая на то что ста­тус выда­ю­ще­го­ся физи­ка Уиле­ром чест­но заслу­жен. С кем не быва­ет… При­чем понят­но, отку­да у этой кон­цеп­ции рас­тут ноги — из интер­пре­та­ции кван­то­вой меха­ни­ки, вклю­ча­ю­щей наблю­да­те­ля как вер­ши­те­ля исхо­да вза­и­мо­дей­ствий в мик­ро­ми­ре.

Этой про­бле­ме посвя­щен зна­ме­ни­тый пара­докс про кота Шрё­дин­ге­ра. Сам Шрё­дин­гер выдви­нул его, что­бы пока­зать: суще­ству­ю­щая интер­пре­та­ция кван­то­вой меха­ни­ки неадек­ват­на. Если ее стро­го при­дер­жи­вать­ся, то воз­ни­ка­ет подоб­ная чушь — супер­по­зи­ция живо­го и мерт­во­го котов, раз­ру­ша­е­мая лишь наблю­де­ни­ем того, кто откро­ет ящик.

Отку­да взя­лась эта зло­вред­ная роль наблю­да­те­ля? Види­мо, это свя­за­но с про­бле­мой кол­лап­са (редук­ции) вол­но­вой функ­ции — дей­стви­тель­но слож­но­го и пло­хо пони­ма­е­мо­го явле­ния. Для озна­ком­ле­ния с про­бле­мой мож­но поре­ко­мен­до­вать ста­тью А. И. Лип­ки­на [2] и его же ста­тью в УФН [3]. Наи­бо­лее силь­ное выска­зы­ва­ние Лип­ки­на по пово­ду роли наблю­да­те­ля:

«Что такое созна­ние — никто тол­ком не зна­ет, но имен­но поэто­му на него мож­но сва­лить всё».

Мы явно пере­оце­ни­ва­ем свое зна­че­ние, когда берем на себя роль вер­ши­те­ля что судь­бы кота, что судь­бы Все­лен­ной. Кста­ти, а кто был пер­вым наблю­да­те­лем, реа­ли­зо­вав­шим Все­лен­ную? Гали­лей? Древ­ние гре­ки? Некий Homo erectus или волк, вою­щий на Луну 20 млн лет назад? У него ведь тоже есть созна­ние, не такое уж и при­ми­тив­ное.

Над силь­ным антроп­ным прин­ци­пом мож­но изде­вать­ся дол­го и смач­но, но луч­ше мы сэко­но­мим место для сла­бо­го антроп­но­го прин­ци­па — серьез­ной и в каком-то смыс­ле пло­до­твор­ной кон­цеп­ции. Даль­ше мы опус­ка­ем эпи­тет «сла­бый» и гово­рим про­сто об антроп­ном прин­ци­пе.

Наше хрупкое благополучие

Нач­нем с хоро­шо извест­ных дово­дов в поль­зу того, что наша Все­лен­ная буд­то спе­ци­аль­но подо­гна­на под наше суще­ство­ва­ние и вооб­ще под суще­ство­ва­ние слож­ных систем и про­цес­сов.

Наш мир сфор­ми­ро­ван зна­че­ни­я­ми физи­че­ских кон­стант. Кон­стан­ты элек­тро­маг­нит­но­го, сла­бо­го и силь­но­го вза­и­мо­дей­ствий, гра­ви­та­ци­он­ная посто­ян­ная, мас­сы частиц, кото­рые, в свою оче­редь, опре­де­ля­ют­ся кон­стан­та­ми вза­и­мо­дей­ствий с полем Хиггса. Они не выво­дят­ся (пока?) из каких-либо более общих прин­ци­пов. Их зна­че­ния выгля­дят совер­шен­но про­из­воль­ны­ми — мы зна­ем их из изме­ре­ний, но не из фор­мул. От них зави­сит всё.

Напри­мер, воз­мож­ны ли в при­ро­де боль­шие моле­ку­лы? Для это­го дол­жен суще­ство­вать лег­кий элек­трон (мно­го лег­че про­то­на), а кон­стан­та элек­тро­маг­нит­но­го вза­и­мо­дей­ствия долж­на быть доста­точ­но мала. Мас­са про­то­на напря­мую зави­сит от кон­стан­ты силь­ных вза­и­мо­дей­ствий; раз­ни­ца в мас­се про­то­на и ней­тро­на — от масс квар­ков.

От соот­но­ше­ния масс элек­тро­на, про­то­на и ней­тро­на вме­сте с элек­тро­маг­нит­ной посто­ян­ной зави­сят плот­но­сти всех веществ, воз­мож­ность слож­ной химии, суще­ство­ва­ние жид­ких и твер­дых тел, пла­нет и гор на них, раз­ме­ры живых существ и так далее. Эти зави­си­мо­сти пре­крас­но разо­бра­ны в кни­ге “The Anthropic Cosmological Principle” [1], к сожа­ле­нию, не пере­ве­ден­ной на рус­ский. Ниже при­ве­де­ны неко­то­рые при­ме­ры, заим­ство­ван­ные из этой кни­ги.

Сто­ит хоть немно­го «поше­ве­лить» кон­стан­ты вза­и­мо­дей­ствий, как мир меня­ет­ся. При­чем, как пра­ви­ло, он меня­ет­ся настоль­ко, что полу­чит­ся не про­сто иная сре­да оби­та­ния и виды живых существ, — вся Все­лен­ная ста­но­вит­ся непри­год­ной для любой фор­мы жиз­ни.

Согла­сим­ся, что если нет хими­че­ских эле­мен­тов и ато­мов или если таб­ли­ца Мен­де­ле­е­ва сво­дит­ся все­го лишь к четы­рем-пяти запол­нен­ным клет­кам, если не горят звез­ды и не кон­ден­си­ру­ют­ся небес­ные тела, если Все­лен­ная пред­став­ля­ет из себя одно­род­ный раз­ре­жен­ный газ, то невоз­мож­на любая жизнь.

Про­бле­ма в том, что диа­па­зон кон­стант (точ­нее, объ­ем в мно­го­мер­ном про­стран­стве кон­стант), в кото­ром воз­мож­ны слож­ные систе­мы и жизнь, удру­ча­ю­ще мал.
1.Если бы ней­трон был чуть полег­че или про­тон чуть потя­же­лей, то во Все­лен­ной после Боль­шо­го взры­ва про­то­ны бы рас­па­лись и оста­лись бы одни ней­тро­ны. Не было бы ни слож­ных струк­тур, ни ато­мов вооб­ще. Пусты­ня!
2.Если бы ней­трон был немно­го тяже­лее, чем на самом деле, то ней­тро­ны в атом­ных ядрах рас­па­да­лись бы, т. е. ядер бы попро­сту не было. Ника­кой таб­ли­цы Мен­де­ле­е­ва, ника­кой химии, один водо­род был бы ста­би­лен.
3.Хре­сто­ма­тий­ный при­мер, фигу­ри­ру­ю­щий в [1]: если немно­го уве­ли­чить кон­стан­ту силь­ных вза­и­мо­дей­ствий, появ­ля­ет­ся ста­биль­ный дипро­тон (2He). Суще­ство­ва­ние дипро­то­на ужас­но тем, что он очень лег­ко доби­ра­ет бари­о­ны до гелия-4, кото­рый очень креп­ко свя­зан. Весь водо­род Все­лен­ной пере­шел бы в гелий — и мир остал­ся бы без основ­но­го тер­мо­ядер­но­го горю­че­го. До подоб­ной ката­стро­фы в потен­ци­а­ле вза­и­мо­дей­ствия двух про­то­нов не хва­та­ет все­го 92 кэВ [1]. На самом деле при­мер не совсем вер­ный. Дело в том, что, как сей­час извест­но, мы не можем про­из­воль­но изме­нить потен­ци­ал вза­и­мо­дей­ствия про­то­нов — он зави­сит от кон­стан­ты кван­то­вой хро­мо­ди­на­ми­ки, от кото­рой так­же зави­сят мас­сы бари­о­нов. Если ее изме­нить — «поплы­вет» всё. Тем не менее, при­мер демон­стри­ру­ет, насколь­ко хруп­ко наше бла­го­по­лу­чие. Он же пока­зы­ва­ет, насколь­ко акку­рат­ным и осто­рож­ным надо быть даже в мыс­лен­ных экс­пе­ри­мен­тах.
4.Доволь­но уди­ви­тель­ный факт: у ядра угле­ро­да есть резо­нанс, пред­ска­зан­ный Фре­дом Хой­лом (Fred Hoyle), кото­рый на поряд­ки повы­ша­ет веро­ят­ность син­те­за ядра угле­ро­да из трех ядер гелия. Энер­гия резо­нан­са скла­ды­ва­ет­ся из ком­би­на­ции силь­ной и элек­тро­маг­нит­ной кон­стант, а так­же зави­сит от мас­сы квар­ков. Если немно­го изме­нить эту энер­гию, то цепоч­ка син­те­за эле­мен­тов обры­ва­ет­ся. Во Все­лен­ной почти исчез­нет угле­род, кис­ло­род и про­чие эле­мен­ты, на кото­рых осно­ва­на жизнь, кото­рые состав­ля­ют кос­ми­че­скую пыль, из кото­рой, в свою оче­редь, кон­ден­си­ру­ют­ся пла­не­ты зем­но­го типа.
5.Идем в самую ран­нюю Все­лен­ную. После Боль­шо­го взры­ва оста­лись неод­но­род­но­сти от пред­ше­ству­ю­щей ста­дии ее эво­лю­ции, будь то ста­дия кос­мо­ло­ги­че­ской инфля­ции или что-либо еще. Исход­ная вели­чи­на этих неод­но­род­но­стей в момент обра­зо­ва­ния горя­чей Все­лен­ной ~ 10–5 (отно­си­тель­но сред­ней плот­но­сти). Если бы ампли­ту­да неод­но­род­но­стей была в несколь­ко раз мень­ше, галак­ти­ки не успе­ли бы обра­зо­вать­ся. Если бы она была в несколь­ко раз боль­ше, галак­ти­ки ока­за­лись бы слиш­ком мас­сив­ны­ми и плот­ны­ми, что тоже фаталь­но — частые взры­вы сверх­но­вых, боль­шая веро­ят­ность отры­ва пла­нет от роди­тель­ских звезд. При этом ампли­ту­да неод­но­род­но­стей ниот­ку­да не сле­ду­ет. В рам­ках тео­рии кос­мо­ло­ги­че­ской инфля­ции неод­но­род­но­сти воз­ни­ка­ют как кван­то­вые флук­ту­а­ции «тяже­ло­го» ваку­у­ма и зави­сят от при­ро­ды послед­не­го — от его плот­но­сти, от фор­мы потен­ци­а­ла. Эти пара­мет­ры тоже не выте­ка­ют из каких-либо извест­ных прин­ци­пов.

Види­мо, этих хре­сто­ма­тий­ных при­ме­ров доста­точ­но, что­бы убе­дить чита­те­ля, что нам уди­ви­тель­но повез­ло. Воз­мож­но, это натолк­нет кого-то на мысль, что кон­стан­ты вза­и­мо­дей­ствий уста­нав­ли­вал некий забот­ли­вый Тво­рец. Одна­ко суще­ству­ет гораз­до более про­за­ич­ное объ­яс­не­ние. Оно и назы­ва­ет­ся «антроп­ный прин­цип».

Бесконечное множество вселенных

Пред­ста­вим себе, что суще­ству­ет огром­ное (даже бес­ко­неч­ное) мно­же­ство все­лен­ных. Тут есть некая тер­ми­но­ло­ги­че­ская неод­но­знач­ность. Мож­но пони­мать под сло­вом «Все­лен­ная» всё сущее, и тогда мы долж­ны гово­рить о раз­ных частях Все­лен­ной. Одна­ко эти раз­ные части Все­лен­ной, ско­рей все­го, при рож­де­нии «окук­ли­лись» в замкну­тые, при­чин­но не свя­зан­ные друг с дру­гом про­стран­ства, к кото­рым тоже при­ме­ня­ют тер­мин «все­лен­ные» (толь­ко с малень­кой бук­вы). Ниже мы будем сле­до­вать вто­ро­му вари­ан­ту тер­ми­но­ло­гии, пони­мая под «Все­лен­ной» наше связ­ное замкну­тое про­стран­ство 3+1 изме­ре­ний, а под «все­лен­ны­ми» пони­мать ана­ло­гич­ные обра­зо­ва­ния не обя­за­тель­но той же раз­мер­но­сти.

Далее пред­ста­вим себе, что во мно­же­стве все­лен­ных — раз­ные кон­стан­ты вза­и­мо­дей­ствий, раз­ные набо­ры частиц. В том чис­ле где-то, вклю­чая нашу Все­лен­ную, набор кон­стант ока­зал­ся бла­го­при­ят­ным для появ­ле­ния жиз­ни. В одной из таких все­лен­ных появил­ся разум­ный наблю­да­тель, разо­брав­ший­ся в мест­ной физи­ке, и удив­ля­ет­ся, как всё хоро­шо настро­е­но. А там, где всё настро­е­но пло­хо, никто и не появил­ся. Зна­чит, любой наблю­да­тель будет видеть набор физи­че­ских кон­стант, бла­го­при­ят­ных для сво­е­го появ­ле­ния, сколь бы ни был мал бла­го­при­ят­ный объ­ем в про­стран­стве пара­мет­ров.

Это очень похо­же на исто­рию наше­го появ­ле­ния в Сол­неч­ной систе­ме на Зем­ле. Здесь тоже нема­ло удач­ных сов­па­де­ний: нуж­ное рас­сто­я­ние до звез­ды, нуж­ное коли­че­ство воды, гло­баль­ная тек­то­ни­ка, круп­ный спут­ник, пла­не­та-гигант на нуж­ной орби­те — всё это бла­го­при­ят­ные усло­вия. Но в дан­ном слу­чае мы точ­но зна­ем, что суще­ству­ет вели­кое мно­же­ство раз­ных пла­нет­ных систем с раз­ны­ми пла­не­та­ми, и не удив­ля­ем­ся бла­го­при­ят­ным сов­па­де­ни­ям.

Зна­чит ли это, что антроп­ный прин­цип сам по себе наме­ка­ет на суще­ство­ва­ние огром­но­го мно­же­ства раз­ных все­лен­ных? Конеч­но! Не дока­зы­ва­ет в стро­го мате­ма­ти­че­ском смыс­ле, но слу­жит силь­ным дово­дом.

А есть ли в совре­мен­ной физи­ке дру­гие ука­за­ния на мно­же­ствен­ность все­лен­ных? Да, суще­ству­ет кон­цеп­ция веч­ной кос­мо­ло­ги­че­ской инфля­ции, кото­рая как раз опи­сы­ва­ет меха­низм рож­де­ния неогра­ни­чен­но­го чис­ла все­лен­ных. Что такое кос­мо­ло­ги­че­ская инфля­ция? Ей посвя­ще­на целая кни­га одно­го из авто­ров дан­ной ста­тьи под науч­ной редак­ци­ей дру­го­го авто­ра [4].

Если корот­ко, это меха­низм обра­зо­ва­ния огром­ной одно­род­ной и изо­троп­ной все­лен­ной из мик­ро­ско­пи­че­ско­го заро­ды­ша. И этот самый меха­низм в боль­шин­стве вари­ан­тов тео­рии пло­дит бес­ко­неч­ное мно­же­ство все­лен­ных, будучи не в силах оста­но­вить­ся. Это ста­но­вит­ся ясным, если к урав­не­ни­ям общей тео­рии отно­си­тель­но­сти доба­вить кван­то­вые эффек­ты. Это будет еще не то, что назы­ва­ет­ся «кван­то­вой гра­ви­та­ци­ей», здесь всё гораз­до про­ще, так как кван­то­вые эффек­ты отно­си­тель­но сла­бы.

На веч­ную инфля­цию натолк­нул­ся Пол Стей­н­хардт (Paul Steinhardt) в нача­ле 1980-х, когда тео­рия кос­мо­ло­ги­че­ской инфля­ции еще толь­ко фор­ми­ро­ва­лась. Он обра­тил вни­ма­ние на то, что кос­мо­ло­ги­че­ская инфля­ция в том вари­ан­те, кото­рый был попу­ля­рен в то вре­мя, не может бла­го­по­луч­но закон­чить­ся обра­зо­ва­ни­ем все­лен­ной. Меша­ют кван­то­вые флук­ту­а­ции ваку­у­ма — инфля­ция про­дол­жа­ет­ся раз­ду­ва­ни­ем новых и новых обла­стей про­стран­ства. Стей­н­хардт решил, что это фаталь­ный недо­ста­ток тео­рии.

В 1986 году Андрей Лин­де обна­ру­жил, что тот же самый эффект про­ис­хо­дит и в более реа­ли­стич­ном вари­ан­те тео­рии под назва­ни­ем «хао тиче­ская инфля­ция». Но в отли­чие от Стей­н­хард­та он осо­знал, что это важ­ней­шее явле­ние, объ­яс­ня­ю­щее фун­да­мен­таль­ную миро­воз­зрен­че­скую про­бле­му.

Итак, если вер­на тео­рия кос­мо­ло­ги­че­ской инфля­ции (а в ее поль­зу гово­рят несколь­ко фак­тов, обна­ру­жен­ных с помо­щью кос­ми­че­ских мик­ро­вол­но­вых теле­ско­пов WMAP и «Планк»), то в каче­стве неиз­беж­но­го при­ло­же­ния к этой тео­рии мы име­ем веч­ную инфля­цию — про­цесс рож­де­ния бес­ко­неч­но­го чис­ла все­лен­ных.

В этой ста­тье, посвя­щен­ной антроп­но­му прин­ци­пу, мы не можем деталь­но объ­яс­нить, как рабо­та­ет кос­мо­ло­ги­че­ская инфля­ция в обыч­ном и веч­ном вари­ан­тах. Об этом доста­точ­но мно­го напи­са­но, в част­но­сти, в упо­мя­ну­той кни­ге [4]. Реко­мен­ду­ем про­чи­тать интер­вью с Андре­ем Лин­де, где он сре­ди про­че­го рас­ска­зы­ва­ет, как натолк­нул­ся на веч­ную инфля­цию; оно опуб­ли­ко­ва­но в той же кни­ге и еще в ТрВ-Нау­ка [5].

Где Бог играет в кости?

Итак, в физи­ке есть пря­мые ука­за­ния на бес­ко­неч­ное мно­же­ство все­лен­ных. Но еще нуж­но, что­бы они име­ли раз­ные набо­ры физи­че­ских кон­стант: все­лен­ные-кло­ны, ско­рее все­го, будут оди­на­ко­во непри­год­ны для жиз­ни. Где-то на каком-то эта­пе «сотво­ре­ния» все­лен­ных Бог дол­жен играть в кости. Где имен­но?

Здесь про­смат­ри­ва­ет­ся две воз­мож­но­сти. Пер­вая — фазо­вые пере­хо­ды в ран­них все­лен­ных. Они меня­ют физи­ку, как изме­нил ее фазо­вый пере­ход с полем Хиггса — мно­гие части­цы при­об­ре­ли мас­сы, и мир стал сло­жен и инте­ре­сен. То был фазо­вый пере­ход с пред­опре­де­лен­ным кон­цом, но в самой ран­ней Все­лен­ной есть место для дру­гих фазо­вых пере­хо­дов, осно­ван­ных на новой, еще не извест­ной нам физи­ке. И у них может быть непред­ска­зу­е­мый исход, как непред­ска­зу­ем ледя­ной узор на стек­ле.

Вто­рая, более попу­ляр­ная воз­мож­ность свя­за­на с тео­ри­ей струн. Стру­ны «живут» как мини­мум в один­на­дца­ти­мер­ном про­стран­стве. Ина­че тео­рия стра­да­ет неустра­ни­мы­ми про­ти­во­ре­чи­я­ми. Что­бы полу­чить из 11 изме­ре­ний наши 3+1, надо свер­нуть лиш­ние изме­ре­ния в тру­боч­ки мик­ро­ско­пи­че­ско­го ради­у­са, напри­мер план­ков­ско­го ~ 10–33 см (это сво­ра­чи­ва­ние назы­ва­ет­ся «ком­пак­ти­фи­ка­ци­ей»). Это мож­но сде­лать гигант­ским чис­лом спо­со­бов, при­чем каж­дый спо­соб дает свой вари­ант ваку­у­ма, в кото­ром воз­ни­ка­ет своя физи­ка со сво­и­ми кон­стан­та­ми вза­и­мо­дей­ствий. Оцен­ка чис­ла аль­тер­на­тив — 10500! Кста­ти, если вы встре­ча­е­те в СМИ утвер­жде­ния типа «бри­тан­ские уче­ные дока­за­ли, что чис­ло все­лен­ных рав­но 10500», не удив­ляй­тесь, это про­сто в одном из зве­ньев испор­чен­но­го теле­фо­на по недо­смот­ру тех­ни­че­ско­го редак­то­ра сте­пень съе­ха­ла в стро­ку.

Но как встро­ить в веч­ную инфля­цию это слу­чай­ное бро­са­ние костей, как устро­ить пере­строй­ку тео­ре­ти­ко-струн­но­го ваку­у­ма? Вро­де бы тео­рия струн дает такой меха­низм. Веч­ная инфля­ция воз­мож­на пото­му, что кван­то­вые флук­ту­а­ции могут уве­ли­чи­вать плот­ность ваку­у­ма. Когда она при­бли­жа­ет­ся к план­ков­ской (1095 г/см3), кван­то­вые флук­ту­а­ции могут быть столь силь­ны­ми, что меня­ет­ся топо­ло­гия про­стран­ства, меня­ет­ся вари­ант ком­пак­ти­фи­ка­ции, а с ним и физи­ка в некой мик­ро­ско­пи­че­ской обла­сти про­стран­ства, кото­рая потом разо­вьет­ся в боль­шую все­лен­ную. Это как раз то самое «бро­са­ние костей», необ­хо­ди­мое для пре­тво­ре­ния антроп­но­го прин­ци­па в жизнь.

На тео­рию струн воз­ла­га­ют­ся очень боль­шие надеж­ды, но она до сих пор оста­ет­ся висеть в воз­ду­хе: из нее нель­зя выве­сти ни одно­го про­ве­ря­е­мо­го пред­ска­за­ния. Беда заклю­ча­ет­ся имен­но в неимо­вер­ном чис­ле 10500. Мы не зна­ем, в каком имен­но вари­ан­те из 10500 ваку­у­мов мы живем, и нет ника­ких инструк­ций, как най­ти этот вари­ант. И все-таки эта тео­рия так или ина­че наме­ка­ет на богат­ство и раз­но­об­ра­зие бытия.

Когда антропный принцип оказывается капитуляцией

В при­ве­ден­ных выше при­ме­рах с тон­кой под­строй­ки физи­че­ских кон­стант послед­ние при­ни­ма­ют ничем не при­ме­ча­тель­ные зна­че­ния. Что такое кон­стан­та элек­тро­маг­нит­но­го вза­и­мо­дей­ствия 1⁄137? Это чис­ло ничем не выде­ля­ет­ся кро­ме того, что в соче­та­нии с дру­ги­ми кон­стан­та­ми бла­го­при­ят­но для жиз­ни. А если какая-то вели­чи­на при­ни­ма­ет какое-то выде­лен­ное зна­че­ние? Напри­мер, ока­зы­ва­ет­ся уди­ви­тель­но близ­ка к нулю или к еди­ни­це (что-то рав­но чему-то). Каза­лось бы, надо искать какой-то закон, объ­яс­ня­ю­щий, поче­му это про­изо­шло. А если такой закон не уда­ет­ся най­ти?

Плот­ность энер­гии ваку­у­ма (тем­ной энер­гии) в нашей Все­лен­ной очень мала — 10–8 эрг/см3. Имен­но от этой плот­но­сти зави­сит уско­рен­ное рас­ши­ре­ние Все­лен­ной. А какой она долж­на быть из тео­ре­ти­че­ских сооб­ра­же­ний? Любой, вплоть до план­ков­ской плот­но­сти — на 120 поряд­ков боль­ше, чем она есть. Каким обра­зом она ока­за­лась столь малой? Непо­нят­но. И здесь воз­ни­ка­ет соблазн…

Если бы плот­ность энер­гии ваку­у­ма (кос­мо­ло­ги­че­ская посто­ян­ная) была близ­кой к сво­е­му есте­ствен­но­му тео­ре­ти­ко-струн­но­му зна­че­нию, то нас бы не суще­ство­ва­ло. Все­лен­ная либо про­дол­жа­ла бы веч­но рас­ши­рять­ся с огром­ным уско­ре­ни­ем, либо бы мгно­вен­но схлоп­ну­лась. Допу­сти­мое зна­че­ние плот­но­сти тем­ной энер­гии все­го на поря­док выше, чем она есть на самом деле.

А не при­влечь ли антроп­ный прин­цип для объ­яс­не­ния этой мало­сти? Пусть где-то в ходе веч­ной инфля­ции слу­чай­ным обра­зам выпа­да­ет кос­мо­ло­ги­че­ская посто­ян­ная буду­щей все­лен­ной — рав­но­мер­но от 10120 до –10120 от ее нынеш­не­го зна­че­ния. Тогда в одной из 10120 все­лен­ных она ока­жет­ся доста­точ­но малой, что­бы в ней мог появить­ся наблю­да­тель. Рас­то­чи­тель­но? Да, но у нас есть 10500 вари­ан­тов, ски­нем 120 поряд­ков, всё рав­но оста­ет­ся гигант­ское чис­ло! Мно­гих кос­мо­ло­гов этот аргу­мент вполне удо­вле­тво­ря­ет.

Воз­ра­зить нече­го. Впро­чем, недав­но такой же загад­кой каза­лась бли­зость плот­но­сти Все­лен­ной к кри­ти­че­ской. Это тре­бо­ва­ло тон­кой настрой­ки в ран­ней Все­лен­ной с точ­но­стью 10–60. Поче­му бы и здесь не вос­поль­зо­вать­ся антроп­ным прин­ци­пом? Ведь если сбить эту настрой­ку, Все­лен­ная бы уже скол­лап­си­ро­ва­ла или раз­ле­те­лась на отдель­ные ато­мы. Но реше­ние было най­де­но — кос­мо­ло­ги­че­ская инфля­ция авто­ма­ти­че­ски дает плот­ность, рав­ную кри­ти­че­ской.

Здесь нет твер­дых аргу­мен­тов, есть толь­ко неко­то­рые стра­те­ги­че­ские сооб­ра­же­ния. По наше­му убеж­де­нию, пока не все воз­мож­но­сти отверг­ну­ты, пока оста­ет­ся надеж­да най­ти ответ — надо искать, не пола­га­ясь на антроп­ный прин­цип. Сва­лить 120 поряд­ков вели­чи­ны на антроп­ный прин­цип — это сво­е­го рода капи­ту­ля­ция! Упо­ва­ние на антроп­ный прин­цип с отка­зом от поис­ков кон­крет­но­го объ­яс­не­ния в неко­то­ром смыс­ле про­ти­во­ре­чит духу нау­ки.

Нако­нец, совсем све­жий при­мер. Поче­му мас­са бозо­на Хиггса ока­за­лась столь «чело­ве­че­ской», что ее уда­лось изме­рить? Тут дело даже не мас­се бозо­на, а в энер­ге­ти­че­ском мас­шта­бе нару­ше­ния элек­тро­сла­бой сим­мет­рии, в мас­сах W- и Z-бозо­нов. По идее, если нет каких-то спе­ци­аль­ных меха­низ­мов, энер­ге­ти­че­ский мас­штаб поля Хиггса дол­жен быть поряд­ка план­ков­ско­го. Такой меха­низм пони­же­ния мас­шта­ба изоб­ре­ли, он назы­ва­ет­ся «супер­сим­мет­рия» и пред­по­ла­га­ет суще­ство­ва­ние новых эле­мен­тар­ных частиц — супер­сим­мет­рич­ных парт­не­ров для извест­ных частиц со спи­ном, изме­нен­ным на поло­ви­ну. Фоти­но со спи­ном ½ — для фото­на, сквар­ки со спи­ном 0 — для квар­ков и т. д. Что­бы супер­сим­мет­рия пра­виль­но рабо­та­ла, мас­сы этих неиз­вест­ных пока частиц тоже долж­ны быть «чело­ве­че­ски­ми» — боль­ши­ми, но дости­жи­мы­ми для Боль­шо­го адрон­но­го кол­лай­де­ра.

Откры­тие супер­сим­мет­рич­ных парт­не­ров было вто­рой после бозо­на Хиггса боль­шой надеж­дой, воз­ла­га­е­мой на БАК. Но она пока не оправ­да­лась и, похо­же, уже не оправ­да­ет­ся. Поче­му же тогда бозон такой лег­кий? И тут опять воз­ни­ка­ет соблазн при­ме­не­ния антроп­но­го прин­ци­па. Дей­стви­тель­но, если уве­ли­чить мас­су бозо­на Хиггса, все мас­сы эле­мен­тар­ных частиц уве­ли­чат­ся, а это, как мы уже зна­ем, опас­но для жиз­ни. Все­лен­ная ста­нет либо необи­та­е­мой, либо вовсе несу­ще­ству­ю­щей. Так поче­му бы не поло­жить­ся на ста­рый доб­рый прин­цип?! Здесь ведь надо при­не­сти ему в жерт­ву все­го 17 поряд­ков вели­чи­ны, а не 120, как в слу­чае с кос­мо­ло­ги­че­ской посто­ян­ной.

Даль­ше, види­мо, не обя­за­тель­но про­дол­жать, посколь­ку чита­тель и так уже дол­жен был дога­дать­ся, как мы отно­сим­ся к подоб­но­му под­хо­ду.

И всё же антроп­ный прин­цип име­ет пол­ное пра­во на суще­ство­ва­ние — мы же при­сут­ству­ем в этой Все­лен­ной, дан­ный экс­пе­ри­мен­таль­ный факт учи­ты­вать необ­хо­ди­мо. Вопрос, по-види­мо­му, в том, какие имен­но свой­ства при­ро­ды опре­де­ля­ют­ся из антроп­ных сооб­ра­же­ний, а какие име­ют дру­гое, более «раци­о­наль­ное» объ­яс­не­ние. Про­сто не надо антроп­ным прин­ци­пом зло­упо­треб­лять и исполь­зо­вать его как повод для пре­кра­ще­ния поис­ка.

 

1. Barrow J. D., Tippler F. J. The Anthropic Cosmological Principle, Clarendon Press, Oxford, Oxford University Press, New York, 1986.
2. mipt.ru/education/chair/philosophy/publications/works/lipkin/philsci/a_3vzyrl.php
3. Лип­кин А. И. Суще­ству­ет ли явле­ние «редук­ции вол­но­вой функ­ции» при изме­ре­нии в кван­то­вой меха­ни­ке? // Успе­хи физи­че­ских наук, т. 171, № 4, 2001, с. 437–444.
4. Штерн Б. Е. Про­рыв за край мира. М.: Тро­иц­кий вари­ант, 2014.
5. Лин­де А., Штерн Б. Как за пол­ча­са изме­нил­ся мир.

Иллюстрация: maxpixel.net

https://trv-science.ru/2018/09/11/antropnyj-

 

Поделиться.

Об авторе

Наука и Жизнь Израиля

Прокомментировать

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.