Стивен Хокинг - Высший замысел
Планетные орбиты вокруг двойных звезд. На планетах в двойных звездных системах условия для жизни, вероятно, неподходящие: в какие-то сезоны там слишком жарко, а в какие-то — слишком холодно.
Условия в нашей Солнечной системе другие, удачные, без них сложные формы жизни не могли бы развиться. Например, в соответствии с законами Ньютона орбиты планет могут быть либо кругами, либо эллипсами. Эллипс — это сплюснутая окружность, он более широкий, чем окружность, по одной оси и более узкий — по другой. Степень сплюснутости эллипса описывается так называемым эксцентриситетом — числом от нуля до единицы. Эксцентриситет, близкий к нулю, означает фигуру, близкую к окружности, а эксцентриситет, близкий к единице, — очень сплюснутую фигуру. Кеплер был огорчен, обнаружив, что планеты движутся не по идеальным окружностям, но орбита Земли имеет эксцентриситет около двух процентов, то есть представляет собой почти окружность. Как оказалось, это большое везение.
Эксцентриситеты. Эксцентриситет — это показатель того, насколько эллипс близок к окружности. Круговые орбиты благоприятны для жизни, а сильно вытянутые орбиты приводят к большим сезонным колебаниям температуры.
Сезонные особенности погоды на Земле определяются в основном наклоном оси вращения Земли к плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Например, когда в Северном полушарии зима, то Северный полюс наклонен в сторону, противоположную Солнцу. То, что Земля в это время находится на минимальном расстоянии от Солнца — всего в 91,5 миллиона миль, в отличие примерно от 94,5 миллиона миль в начале июля, — оказывает совсем незначительное влияние на температуру по сравнению с влиянием наклона оси. Но на планетах с большим эксцентриситетом орбиты изменение расстояния от Солнца играет гораздо большую роль. Например, на Меркурии, эксцентриситет орбиты которого 20 %, температура более чем на 200 градусов по Фаренгейту выше в тот период, когда планета ближе всего к Солнцу (в перигелии), чем когда она удалена на максимальное расстояние от Солнца (в афелии). Если бы эксцентриситет земной орбиты был около единицы, наши океаны закипали бы при достижении Землей ближайшей к Солнцу точки и замерзали бы при нашем удалении на максимальное расстояние, что делало бы и зимние, и летние отпуска не очень приятными. Орбиты с большими эксцентриситетами не способствуют жизни, поэтому нам повезло оказаться на планете, у которой эксцентриситет орбиты близок к нулю.
Нам также повезло с отношением массы нашего Солнца к расстоянию от него до Земли, поскольку масса звезды определяет количество отдаваемой ею энергии. У самых больших звезд масса примерно в сто раз больше, чем у нашего Солнца, а у самых маленьких — примерно в сто раз меньше. И все же при данном расстоянии от Солнца до Земли, окажись масса Солнца на 20 % меньше или больше, на Земле было бы соответственно или холоднее, чем сейчас на Марсе, или жарче, чем сейчас на Венере.
Обычно для любой звезды ученые определяют так называемую «зону обитания» — узкую область вокруг звезды, где температура допускает существование воды в жидком состоянии. Эту пригодную для жизни зону иногда называют зоной Златовласки, так как требование о наличии жидкой воды означает, что для развития разумной жизни необходимо, чтобы температуры на планете были, говоря словами Златовласки, «в самый раз»[5]. В нашей Солнечной системе зона обитания просто крошечная (см. ил. выше). К счастью для тех, кто относится к формам разумной жизни, Земля попала в ее пределы!
Зона Златовласки. Если бы Златовласка делала выбор между планетами, она бы обнаружила, что для жизни пригодны только те, которые находятся в зеленой зоне. Желтая звезда изображает наше Солнце. Более светлые звезды крупнее его и горячее, более красные — меньше и холоднее. Планеты, расположенные к своим солнцам ближе, чем зеленая зона, слишком горячие для жизни, а планеты по другую сторону зеленой зоны — слишком холодные. Чем холоднее звезда, тем меньше пригодна для жизни зона.
Ньютон полагал, что наша странным образом пригодная для жизни Солнечная система «не возникла из хаоса всего лишь по законам природы». Он утверждал, что порядок во Вселенной был «первоначально создан Богом и сохранен им по сей день в том же состоянии и форме». Легко понять, почему можно было так подумать. Множество невероятных случайностей, которые совпали, сделав возможным наше существование и благоприятное для нас устройство мира, действительно вызывали бы недоумение, если бы наша Солнечная система была единственной в своем роде во Вселенной. Но в 1992 году произошло первое достоверное наблюдение планеты, вращающейся вокруг другой звезды. Теперь известно о сотнях таких планет, и мало кто сомневается, что среди миллиардов звезд в нашей Вселенной их бесчисленное множество. Это делает совпадение условий на нашей планете — единственное солнце, удачное сочетание его массы с расстоянием от него до Земли — намного менее любопытным и намного менее убедительным в качестве свидетельства тщательного проектирования Земли с тем лишь, чтобы угодить нам, человеческим существам. Есть планеты разных типов, а некоторые — по крайней мере одна — оказались пригодны для жизни, и когда существа на пригодной для жизни планете изучают окружающий их мир, они непременно обнаружат, что их планета соответствует тем условиям, которые необходимы для их существования.
Последнее утверждение можно превратить в научный принцип: само наше существование диктует правила, определяющие, откуда и когда мы можем наблюдать Вселенную. То есть сам факт нашего существования ограничивает характеристики окружения, в котором мы находимся. Этот принцип называют слабым антропным принципом. (Вскоре мы увидим, почему добавлено прилагательное «слабый».) Вместо «антропный принцип» лучше было бы говорить «принцип отбора», поскольку он связан с тем, как наше собственное знание о нашем существовании диктует правила, которые выбирают из всех возможных окружающих условий только те, которые позволяют существование жизни.
Хоть это и звучит несколько философски, слабый антропный принцип можно использовать для научных предсказаний (например, относительно возраста Вселенной). Как мы вскоре увидим, чтобы было возможно наше существование, Вселенная должна содержать такие химические элементы, как углерод, который образуется из более легких элементов внутри звезд. Потом углерод должен был рассеяться в пространстве взрывом сверхновой звезды и в конечном счете сконденсироваться как часть планеты при рождении новой солнечной системы. В 1961 году американский физик Роберт Дикке (1916–1997) дал обоснование того, что этот процесс занимает около 10 миллиардов лет, так что наше присутствие здесь означает, что Вселенная должна быть по меньшей мере такого возраста. С другой стороны, возраст Вселенной не может быть намного больше чем 10 миллиардов лет, поскольку в далеком будущем все топливо для звезд израсходуется, а нам для поддержания жизни требуются горячие звезды. Следовательно, Вселенной должно быть около 10 миллиардов лет. Это прогноз не очень точный, но верный, ведь согласно последним данным, Большой взрыв произошел примерно 13,7 миллиарда лет назад.
Как и в случае с определением возраста Вселенной, антропные предсказания обычно дают лишь диапазон значений для каждого физического параметра, но не указывают точной величины. Это потому, что наше существование часто зависит от параметров, не слишком сильно отличающихся от тех значений, которые обычно наблюдаются, хотя для какого-либо физического параметра может и не требоваться очень точного значения. К тому же мы надеемся, что нынешние условия в нашем мире типичны в пределах диапазона, допустимого с антропной точки зрения. Например, если лишь умеренные эксцентриситеты орбит — скажем, от 0 до 0,5 — позволяют существование жизни, то эксцентриситет 0,1 не должен удивлять нас, так как вполне вероятно, что орбиты весьма значительной части планет во Вселенной обладают столь же малым эксцентриситетом. Но если бы оказалось, что Земля движется по почти идеальной окружности с эксцентриситетом, скажем, 0,000 000 000 01, это сделало бы ее действительно совершенно особой планетой, и мы были бы вынуждены пытаться объяснить, почему мы оказались в таком аномальном месте. Эту идею (о том, что ни Земля, ни люди на ней не являются чем-то особенным во Вселенной. — Науч. ред.) иногда называют принципом заурядности.
Удачные совпадения, связанные с формой планетных орбит, массой Солнца и т. д., называются совпадениями внешней среды, поскольку они проистекают из интуитивной прозорливости окружающего нас мира, а не из счастливой случайности, связанной с фундаментальными законами природы. Возраст Вселенной тоже фактор, относящийся к внешней среде, поскольку в истории Вселенной было более раннее и будет более позднее время, но мы должны жить в нынешнюю эру, поскольку это единственная эра, способствующая жизни. Совпадения внешней среды легко понять, так как место нашего обитания лишь одно среди многих, имеющихся во Вселенной, и мы, очевидно, должны существовать в таком, которое способствует поддержанию жизни.
