Физика в сослагательном наклонении или еще раз об антропном принципе

0

Фото: scoop.it

Виталий Мацарский
Виталий Мацарский

Принято полагать, что в истории сослагательное наклонение недопустимо. Бессмысленно обсуждать, как выглядела бы история нашей цивилизации, если бы Александр Македонский не умер в расцвете лет, или если бы вместо Сталина воцарился Троцкий, или если бы не развалилась Римская империя.

Кстати, по поводу Римской империи у меня есть особое мнение. Я полагаю, что она погибла не столько из-за варваров, сколько из-за своей дурацкой системы счисления, где не было даже нуля. Представьте себе, что требуется подсчитать, сколько условных вязанок овса требуется 137 (CXXXVII) центуриям, если каждой центурии нужно 273 (CCLXXIII) таких связок в месяц (год, неделю, неважно). Попробуйте умножить эти два числа в римской системе счисления. Удалось? А если этих центурий в 57 (LVII) раз больше? Вот так и развалилась Римская империя из-за неспособности выполнять элементарные арифметические операции. Не смогли посчитать, сколько фуража требуется их коннице (пехоте, лучникам и пр.), за что и поплатились. Лишь в середине XX века (вот только для этого и годны римские цифры) выдающийся американский математик, изобретатель и инженер Клод Шеннон, основоположник современного цифрового мира, ради забавы написал компьютерную программу, способную производить арифметические операции над римскими числами, да и то только до 85 (LXXXV) [1].

Но это так, чтобы в разговор встрять и образованность показать.

А на разговор меня потянула статья «Антропный принцип» [2] очень уважаемых мной ученых — академика РАН Валерия Рубакова и докт. физ.-мат. наук Бориса Штерна. Сам я далеко не академик и даже не доктор наук, а скорее отношусь к категории, которую в компьютерной области называют «продвинутыми пользователями» — сам сделать ничего не может, но может понять и воспользоваться тем, что сделали другие, благо полученное полвека назад физическое образование позволяет. И по моему (недо)разумению получается, что недозволенное историкам вполне позволительно физикам, причем во вселенском масштабе.

Так уж получилось, что я прочитал фундаментальный 700-страничный труд под названием «Антропный космологический принцип» [3] почти сразу после его выхода в свет. Я наткнулся на него на книжном развале в Нью-Йорке году в 1987-м. Кроме названия привлекала и нацарапанная карандашом на внутренней стороне обложки цена — 99 центов. Такая чисто символическая сумма за совершенно новую книжку была по карману даже советскому командировочному, и я не удержался, купил ее, о чем никогда не пожалел. И я, и продавец были очень довольны — я предвкушал захватывающее чтение, а он радовался, что выручил хоть доллар за залежалый уцененный товар.

Я получил огромное удовольствие от чтения этой книги — она буквально фонтанировала неожиданными фактами, параллелями, неординарными суждениями. В какой-то момент мне стало интересно, а почему вообще физики вдруг стали рассуждать о том, что было бы, если бы нейтрон был чуть полегче или протон чуть потяжелей, или если немного увеличить константу сильных взаимодействий и т. д. и т. п. Ведь как-то же физика на протяжении многих веков обходилась без сослагательного наклонения, принимая нашу Вселенную такой, как она есть, принимая, например, как данность, что масса протона в 1836 раз больше массы электрона, а заряды у них одинаковые (с точностью до знака).

Похоже, всё началось со статьи 1979 года в Nature. Называлась она «Антропный принцип и структура физического мира» [4], а одним из ее авторов был Мартин Рис, известный астрофизик, директор Кембриджского астрономического института, сделавший блестящую карьеру и написавший массу статей и книг (в этом году в издательстве «Альпина нон-фикшн» вышел перевод его книги «Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную»; фрагменты можно прочесть на сайте elementy.ru [5]). Он был президентом Королевского астрономического общества, Лондонского королевского общества по развитию знаний о природе, получил массу премий и наград, а сейчас и вовсе стал лордом. В этой статье ученые обращают внимание на странные соотношения величин многих физических параметров, как будто нарочно подобранных так, чтобы могла возникнуть жизнь. Это дало авторам основание предположить, что введенный ими антропный принцип «позволяет чуть-чуть продвинуться в придании ему статуса физической теории, но лишь чуть-чуть. Вполне может оказаться, что это не более чем некая философская странность».

Но кое-кому это странностью не показалось, и на свет появился уже упоминавшийся 700-страничный фундаментальный труд. Тут же Андрей Линде опубликовал свою теорию вечной инфляции и стал одним из самых ярых сторонников антропного принципа. В эту теорию данный принцип вписывался вполне естественно и даже подтверждал ее: раз есть бесконечное число вселенных с самыми разными наборами физических параметров, то среди них обязательно найдется такая, где проживаем мы с вами.

В марте 2003 года в Стэнфордском университете состоялась конференция на тему «Вселенная или мультивселенная?», материалы которой были изданы в 2007 году [6]. Там можно найти немало занятных высказываний. Привожу некоторые из них.

«Я не чувствую себя чужаком во Вселенной. Чем больше я ее изучаю и чем больше узнаю о ее строении, тем больше я нахожу свидетельств того, что в каком-то смысле Вселенная заранее знала о нашем появлении» (Фримен Дайсон).

«Некоторые могут считать, что рассуждения о других вселенных — областях пространства и времени, которые мы не можем наблюдать (вероятно, даже в принципе, а не только на практике) — относятся не к физике, а к метафизике. Наука основывается на наблюдениях и экспериментах, а потому естественно нервозно относиться к чему-то ненаблюдаемому. Представляется, однако, что другие вселенные уже входят в область научных исследований, поскольку вполне имеет смысл задать вопрос: „Существуют ли ненаблюдаемые вселенные?“ — хотя ответ на этот вопрос вряд ли будет получен в ближайшее время» (Мартин Рис).

«Живущая в океане рыба может ошибочно заключить, что свойства воды везде одни и те же, не представляя себе, что вода может превращаться в лед и в пар. Мы, возможно, умнее рыбы, но и мы можем так же ошибаться» (Макс Тегмарк).

Андрей Дмитриевич Линде был и вовсе разгневан тем, что «многие ученые до сих пор стыдятся использовать антропный принцип. Друзья Гарри Поттера боялись произнести имя „Волдеморт“, и точно так же противники антропного принципа часто заявляют, что они не будут упоминать этот принцип в своих статьях. Долгое время физики верили, что есть лишь один физический мир и что из полного его описания будут следовать все параметры, такие как константы связи и массы элементарных частиц. Предполагалось, что фундаментальная теория будет красивой и естественной. Такие надежды были, безусловно, благородными, но, возможно, чересчур оптимистичными. Этот период можно назвать „веком невинности“. Сейчас мы, похоже, вступаем в „век антропности“. Инфляционная космология — вместе с теорией струн —приводит к картине мультивселенной с бесконечным количеством экспоненциально больших областей („вселенных“), имеющих бесконечно большое число различных свойств. В дополнение к неизбежно субъективным понятиям красоты и естественности мы добавляем простой и очевидный критерий, согласно которому часть Вселенной, где мы живем, должна иметь свойства, совместимые с нашим существованием».

«Друзья Гарри Поттера» придерживались иного мнения.

«Некоторые утверждают, что при развитии Вселенной непосредственно после Большого взрыва различные области проходят этап инфляционного расширения независимо друг от друга и в различных областях Вселенной вакуум формируется по-разному, причем выбор вакуума происходит случайным образом. Единственный принцип, по которому наша Вселенная выделяется среди других, —антропный принцип“. Мы живем во Вселенной, которая способна поддерживать жизнь. Я нахожу такой подход не только безвкусным, но и неоправданным» (Дэвид Гросс, Нобелевский лауреат по физике 2004 года).

«Утверждения, согласно которым жизнь не может существовать в отсутствие некоторых конкретных характеристик известного физического мира, для многих физиков (в том числе для меня) есть пустой звук, поскольку мы и понятия не имеем, какие разнообразнейшие формы может принимать „жизнь“. Без наполнения этой идеи каким-то конкретным содержанием она, похоже, лишь использует физические параметры как входные и отказывается от возможности их предсказания» (Андреас Албрехт, один из ведущих космологов).

В. Кандинский. Круги в круге. 1923 год
В. Кандинский. Круги в круге. 1923 год

«Тщательно изучив аргументацию сторонников антропного принципа и обсудив ее с ними как лично, так и по переписке, я пришел к однозначному выводу о том, что этот принцип ненаучен и его влияние только негативно. Поскольку он используется для обоснования непроверяемых теорий, то может лишь разрушительно влиять на прогресс науки. Следует считать недопустимым построение любой фундаментальной теории на основе антропного принципа как примера соответствия наблюдениям. Любые же попытки такого рода, недавно предпринимавшиеся, например, в теории струн, свидетельствуют лишь о глубоком кризисе этой теории и рискуют вывести ее за пределы того, что мы называем наукой» (Ли Смолин, директор канадского Института теоретической физики «Периметр», один из создателей теории петлевой квантовой гравитации).

Есть и более умеренные люди. Например, Стивен Вайнберг. «Как-то, направляясь на конференцию, я увидел в аэропорту журнал, на обложке которого красовалось: „Почему мы живем в мультивселенной“. Там я прочитал, что ­Мартин Рис настолько уверен в наличии мультивселенной, что готов поставить на кон жизнь своей собаки. А Андрей Линде заявил, что он даже готов прозакладать собственную жизнь. Что касается меня, то я уверен в мультивселенной лишь настолько, чтобы поставить на кон как жизнь Андрея Линде, так и жизнь собаки Мартина Риса».

В статье Валерия Рубакова и Бориса Штерна упоминался резонанс ядра углерода, предсказанный Фредом Хойлом. Без этого феномена во Вселенной не было бы углерода, кислорода и многих других тяжелых элементов (снова сослагательное наклонение). Некоторые считают это демонстрацией, пусть пока и единственной, предсказательной силы антропного принципа. Как вспоминал в 1972 году американский физик Уильям Фаулер, в лаборатории которого это предсказание было проверено и подтверждено: «Это было невероятно! В лабораторию [в 1953 году] приходит некто и предсказывает существование возбужденного состояния ядра; мы проводим эксперимент и находим его. Ни один ядерный физик, исходя из своей теории, не мог сделать ничего подобного, да и по сей день не может. Его догадка ошеломляла. После триумфа Хойла — предсказания резонансного уровня углерода на основе чисто астрофизических представлений — мы стали относиться к нему со всей серьезностью». Как видим, речь идет о чисто астрофизических представлениях, а отнюдь не об антропном принципе. За серию работ в этом направлении Фаулер был удостоен Нобелевской премии по физике за 1983 год. Хойл остался за бортом.

Сам Хойл, похоже, относился к антропному принципу с подозрением. Он указывал, что этот принцип имеет предсказательную силу только в рамках теории Большого взрыва, поскольку из него следовало, что «эпоха нашего существования ограничена пределами от 10 ­миллионов до 30 миллиардов лет, и если верить в Большой взрыв, то это весьма существенное предсказание». В другой раз он выразился так: «Заявлять, что Вселенная должна быть такой, чтобы мы могли в ней существовать, — это трюизм. Не Вселенная должна быть такой, чтобы мы могли в ней жить, а мы должны быть такими, чтобы существовать в ней. По-моему, антропный принцип ставит проблему с ног на голову».

Над Хойлом у нас принято посмеиваться, ведь его стационарная теория, по общему мнению, полностью опровергнута, и его помнят в основном потому, что это он дал такое звучное имя теории-конкуренту якобы с издевкой. Сам Хойл, впервые употребивший это выражение в радиолекции 1950 года, уверял, что ему лишь требовался яркий образ и ничего более он в виду не имел. К тому же задолго до него, еще в 1929 году, слово bang применительно к гипотетическому моменту творения использовал в одной из своих книг ­Артур Эддингтон.

Из опровергнутой стационарной теории тем не менее еще в 1960-е годы следовали занятные результаты: ускоренное расширение Вселенной, несохранение барионного числа (когда все были уверены в обратном), зачатки инфляционной модели и даже аналог мультивселенной — пузыри пространства с разными физическими свойствами. Вряд ли кто-то теперь об этом помнит [7].

Виталий Мацарский

  1. Obituary. Claude Shannon (1916−2001) // Nature, 410, 768, 2001.
  2. Рубаков В., Штерн Б. Антропный принцип // ТрВ-Наука № 262 от 11 сентября 2018 года, с. 1−2.
  3. Barrow J. D., Tippler F. J. The Anthropic Cosmological Principle. Oxford University Press, 1986.
  4. Carr B., Rees M. The anthropic principle and the structure of the physical world // Nature, 278, 605, 1979.
  5. elementy.ru/bookclub/book/839/Vsego_shest_chisel
  6. Universe or Multiverse? / ed. by B. Carr. Cambrige: Cambridge University Press, 2007.
  7. Мацарский В. Сэр Фред Хойл и драма идей. М., Ижевск: РХД, 2015.

Иллюстрация:

Борис Штерн — создатель газеты и журнала

https://trv-science.ru/2019/01/15/eshhe-raz-ob-antropnom-princ

Поделиться.

Об авторе

Наука и Жизнь Израиля

Прокомментировать

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.