Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
Чтобы антропная аргументация имела смысл, она должна опираться на три основных допущения.
1) Наблюдения подвержены эффекту селекции – фильтрации физической реальности, – хотя бы по той простой причине, что их проводят люди.
2) Некоторые номинальные «природные постоянные» на самом деле не фундаментальные, а случайные.
3) Наша Вселенная – всего лишь одна из огромной совокупности Вселенных.
Теперь очень кратко рассмотрим каждый пункт и попробуем оценить, насколько он применим к реальности.
Статистики боятся эффектов селекции как огня. Это искажение результатов, вызванное либо инструментами сбора, либо методом накопления данных. Приведу несколько простых примеров, показывающих, как действует этот эффект. Представьте себе, что вы хотите протестировать инвестиционную стратегию, изучив поведение большой группы пакетов акций на основании данных за двадцать лет. Возможно, у вас возникнет искушение включить в исследование лишь те пакеты акций, о которых у вас есть полная информация за все двадцать лет. Однако исключать те пакеты акций, которые ушли с биржи, значит искажать результаты: ведь это именно те пакеты акций, которые не выжили на рынке!
Во время Второй мировой войны математик Абрахам Вальд – еврей, уроженец Австро-Венгрии – продемонстрировал поразительное понимание сути эффекта селекции. Вальду поручили изучить данные о попаданиях вражеских снарядов в подбитые самолеты, возвращавшиеся с боевых вылетов, и дать рекомендации, какие части фюзеляжей надо дополнительно укрепить, чтобы повысить выживаемость самолетов[447]. К изумлению военного начальства, Вальд посоветовал добавить броню в места, куда снаряды, как казалось, практически не попадают. А дело в том, что он, в отличие от всех остальных, понял: пробоины, которые он видел, были на самолетах, которые все-таки вернулись с вылетов, а значит, при таких попаданиях самолет мог дотянуть до аэродрома. А следовательно, те самолеты, которые были сбиты, скорее всего, получили пробоины именно в тех местах, которые остались целыми у вернувшихся счастливцев.
Астрономы прекрасно знакомы с «эффектом Мальмквиста»[448] (названным в честь шведского астронома Гуннара Мальмквиста, который в 1920 годы глубоко исследовал это явление). Когда астрономы исследуют звезды или галактики, их телескопы регистрируют излучение лишь начиная с определенной яркости. Однако объекты, обладающие большей абсолютной светимостью, можно наблюдать с более далекого расстояния. От этого возникает ложная тенденция увеличения средней абсолютной светимости с расстоянием – просто потому, что более тусклые объекты уже не видны.
Брендон Картер указал, что нельзя слишком полагаться на принцип Коперника – на тот факт, что мы не представляем собой ничего особенного в мироздании. Он напомнил астрономам, что наблюдения во Вселенной делают именно люди, а следовательно, не стоит удивляться, когда они обнаруживают, что свойства мироздания соответствуют условиям человеческого существования. Например, мы не могли бы обнаружить, что во Вселенной нет углерода, поскольку мы – форма жизни, основанная на углероде. Первоначально большинство исследователей решили, что антропная аргументация Картера – не более чем очевидная банальность. Однако в последние два-три десятилетия антропный принцип завоевал определенную популярность. Сегодня несколько ведущих теоретиков согласны с тем фактом, что в контексте множественной Вселенной антропная аргументация может привести к естественной разгадке тайны космологической постоянной, которая до сих пор ставит всех в тупик. Вкратце это выглядит так: если бы лямбда была гораздо больше, как, судя по всему, требуют некоторые вероятностные соображения, то вселенское ускорение пересилило бы гравитацию до того, как успели бы образоваться галактики. Тот факт, что мы здесь, в галактике Млечный Путь, разумеется, делает нас предвзятыми: значение космологической постоянной в нашей Вселенной должно быть низким.
Однако насколько разумно предположение, что некоторые физические постоянные «случайны»? Прояснить это понятие поможет исторический пример. В 1597 году великий немецкий астроном Иоганн Кеплер опубликовал трактат под названием «Mysterium Cosmographicum» («Тайна мироздания»)[449]. Кеплер считал, что в этой книге он нашел ответ на две вселенские загадки: почему планет в солнечной системе именно шесть (в то время их было известно как раз столько) и что определяет размер их орбит. Даже по меркам тех времен предложенные объяснения граничили с умопомешательством. Кеплер создал модель Солнечной системы, вписав друг в друга пять правильных многогранников – так называемые платоновы тела (тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр и икосаэдр). Вместе со внешней сферой – небесной твердью с зафиксированными в ней звездами – платоновы тела обеспечивали ровно шесть промежутков, что Кеплер считал «объяснением» количества планет. А выбрав определенный порядок того, какой многогранник в какой вписан, Кеплер сумел добиться почти что точных относительных размеров орбит в Солнечной системе. Однако главная трудность с моделью Кеплера состояла даже не в ее геометрических деталях – ведь Кеплер, в конце концов, просто объяснил имеющиеся данные наблюдений при помощи известного ему математического аппарата. Главный ее недостаток состоял в том, что Кеплер не понимал, что ни количество планет, ни размеры их орбит – не фундаментальные величины, их нельзя объяснить при помощи основополагающих принципов. Законы физики, конечно, управляют общим процессом формирования планет из протопланетного диска из газа и пыли, однако конечный результат все равно определяется конкретным окружением каждого молодого звездного объекта. Теперь мы знаем, что на Млечном Пути существуют миллионы планет, не относящихся к Солнечной системе, и каждая планетная система имеет и свой набор планет, и свои свойства орбит. И число планет, и параметры их орбит случайны, как, например, и узор каждой конкретной снежинки. У Солнечной системы есть только один параметр, который определил наше существование: это расстояние от Солнца до Земли. Земля находится в обитаемой зоне Солнца – узком поясе вокруг звезды, в пределах которого на поверхности планеты может существовать вода в жидком состоянии. Если бы до Солнца было гораздо ближе, вода бы испарялась, а если бы было гораздо дальше, она бы замерзала. Вода была необходима для того, чтобы на Земле зародилась жизнь, поскольку молекулы в «первобытном бульоне» юной Земли легко комбинировались и могли формировать длинные цепочки, укрывшись от вредного ультрафиолетового излучения. Кеплер был одержим идеей найти фундаментальное объяснение расстоянию между Землей и Солнцем, однако эта одержимость была ошибочной. В принципе, Земле ничто не помешало бы сформироваться на другом расстоянии. Но если бы это расстояние оказалось гораздо больше или гораздо меньше, не было бы никакого Кеплера и некому было бы об этом задуматься. Среди миллиардов солнечных систем в галактике Млечный Путь во многих, возможно, жизнь так и не зародилась, поскольку в обитаемой зоне вокруг звезды не было подходящей планеты. И хотя орбита Земли, конечно, определяется законами физики, для ее радиуса нет более глубокого объяснения, кроме того факта, что если бы его величина сильно отличалась от нынешней, нас бы попросту не было.
Это подводит нас к последнему необходимому ингредиенту антропной аргументации: если мы хотим объяснить значение космологической постоянной в терминах случайной величины во множественной Вселенной, которая обеспечивает в нашей Вселенной возможность появления и сохранения воды в жидком виде, должна существовать множественная Вселенная. А есть ли она? Этого мы не знаем, однако хитроумным физикам это никогда не мешало делать умозаключения. Зато мы знаем, что по одному теоретическому сценарию, получившему название вечной инфляции, мощное растяжение пространство-времени может привести к возникновению бесконечной и вечной множественной Вселенной. Предполагается, что такая Вселенная будет постоянно генерировать области, подвергающиеся инфляции, а из них получатся отдельные «карманные Вселенные»[450]. Большой взрыв, в результате которого возникла наша «карманная Вселенная», – это всего лишь рядовое событие в гораздо более масштабной структуре экспоненциально расширяющегося субстрата. Некоторые версии теории струн (теперь ее иногда называют М-теорией) также допускают огромное разнообразие Вселенных (более 10500!), и в каждой, возможно, физические постоянные обладают своими значениями. Если этот умозрительный сценарий верен, значит, Вселенная в нашем традиционном понимании может оказаться всего лишь участком пространства-времени в обширном космическом ландшафте[451].
