Сила и слабость антропного принципа

События последних лет вселяют в нас все более обоснованную уверенность (или надежду, как угодно), что в огромной Вселенной — и даже в нашей конкретной галактике — все-таки "есть место для жизни". Но это лишь еще более обостряет вопрос Энрико Ферми: если данные современной астрономии и астрофизики НЕ исключают вероятности существования разумной жизни в нашей галактике, то почему мы не видим следов этой жизни в окружающем космосе, почему мы не слышим ее сигналов? Как спрашивал Станислав Лем: чем объяснить "молчание космоса"?

Стандартный ответ энтузиастов гласит, что всякому активному проявлению космической жизни скорее всего препятствуют различного рода катаклизмы, которые слишком рано уничтожают складывающуюся разумную цивилизацию. Увы, как отметил Кроуфорд, все такие попытки объяснить "молчание космоса" содержат логическое противоречие. Нельзя утверждать, что в галактике (а тем более во Вселенной) "наверняка" есть миллионы цивилизаций, а потом объяснять отсутствие их следов тем, что они вымерли все до единой. Точно так же нельзя объяснить молчание космоса тем, что живые существа не могут добраться до всех планет в галактике, потому что для завершения такой колонизации в разумные сроки требуется путешествовать с субсветовыми скоростями, а это-де невозможно по разным биологическим причинам.

Результаты работы по программе SETI таковы: если бы в нашей Галактике существовали высокоразвитые цивилизации, посылавшие в сторону Земли какие-либо радиосигналы, то мы, наверное, заметили бы их (этому соответствует верхняя левая часть диаграммы).

Если же цивилизации, возможно, существующие в Галактике, располагают маломощными передатчиками, то их сигналы мы, очевидно, пропустили бы.

Известный астрофизик Франк Типлер еще в 1980 году опубликовал статью, в которой указывал, что такая колонизация — и даже за более короткое время — может быть произведена с помощью автоматов, которым никакие скорости не опасны. (С этой публикацией, кстати, связана любопытная и поучительная деталь: поскольку как раз в тот год в американском конгрессе решалась судьба ассигнований на очередной проект SETI, то главный энтузиаст проекта, знаменитый Карл Саган, получивший статью Типлера на научную рецензию, дважды отклонял ее как "изобилующую ошибками".) Тем не менее мы и автоматов таких почему-то нигде не обнаруживаем.

Такой же несостоятельной оказывается при ближайшем рассмотрении попытка объяснить молчание космоса некими физическими причинами, якобы препятствующими посылке сигналов, или этически религиозными запретами на космическую экспансию либо контакт с другими цивилизациями. Теперь явно пришло время проанализировать аргументы тех ученых, которые утверждают, что других разумных цивилизаций в космосе попросту нет. А поскольку одно из двух основных возражений против существования жизни в космосе, а именно — отсутствие землеподобных планет в соответствующих "зонах обитаемости" — оказалось, по всей видимости, несостоятельным, то теперь главный спор ищет вокруг вопроса о том, насколько вероятно возникновение жизни (и разума) на таких планетах, даже если они и существуют.

Две цитаты выражают суть этого спора самым кратким и резким образом. Обе они принадлежат выдающимся ученым, лауреатам Нобелевской премии. Вот мнение крупнейшего биохимика Жака Моно (из его книги "Случайность и необходимость"): "Вселенная вовсе не была чревата жизнью, равно как и биосфера — человеком". А вот ответ крупнейшего астрохимика Кристиана де Дюве: "Вы ошибаетесь. Они были" (слова из его книги с многозначительным названием "Животворящая пыль, или Жизнь как космический императив".) Два противоположных мнения, две непримиримые позиции — какие соображения за ними стоят?

В одном из своих докладов американскому конгрессу ("Доставка образцов марсианской почвы", 1997) руководство НАСА — под диктовку своих ученых — писало: "Учитывая возникновение жизни на Земле, следует считать возможным и даже вполне вероятным, что жизнь могла возникнуть и на Марсе при наличии сходных обстоятельств и примерно в то же время". Эти слова отражают официальную установку НАСА, и оппоненты иногда называют эту установку "биологическим детерминизмом".

Он довольно широко распространен среди астрономов, физиков и химиков, но гораздо реже встречается среди биологов. Его ярыми глашатаями были, например, астроном Карл Саган и крупнейший физик Филипп Моррисон. Его проповедует и Кристиан де Дюве. В упомянутой книге он пишет: "Жизнь — это продукт детерминистских сил. Она не может не возникнуть при наличии подходящих условий, и она непременно возникает повсюду, где и когда появляются такие условия. Жизнь и разум не являются результатом каких-то причудливых случайностей, а представляют собой естественное проявление природы, вписанное в самую ткань Вселенной".

По мнению таких крупнейших биологов, как Майр, Добжанский, Симпсон и многих других, жизнь не сводима к законам физики или химии, а потому не является "автоматическим", обязательным следствием этих законов. И как бы красиво ни звучали слова Дюве о жизни как "космическом императиве", в действительности, утверждает этот "биологический консенсус", возникновение жизни — даже в "подходящих условиях" — является весьма маловероятным событием. А в еще большей мере это относится к возникновению разумной жизни.

Вот что, например, пишет С. Лавджой: "Эволюция разума была результатом огромного количества влияний и предшествующих накопившихся приспособлений, и отсутствие любого из них способно было полностью прервать этот процесс. Мы видим, следовательно, что эволюция разума не является ни следствием какой-либо эволюционной тенденции, ни событием даже предельно малой вероятности". Так и хочется спросить: чем же тогда оно является? И Жак Моно отвечает на наш вопрос: "Результатом чистой случайности, как, впрочем, и само возникновение жизни".

Неутомимые энтузиасты продолжают, однако, настаивать, что при достаточно долгой эволюции даже самое маловероятное событие может произойти, и не однажды. В этой связи Иан Кроуфорд напоминает о судьбе динозавров. Они правили Землей в течение 140 миллионов лет, но так и не приблизились ни к разуму, ни тем более к какой-нибудь, даже зародышевой технологии. Но, может быть, этого тоже недостаточно, говорят энтузиасты. Однако и эта последняя возможность была перечеркнута расчетами астрофизика Брандона Картера.

Он обратил внимание на то, что время, затраченное земной эволюцией на создание человеческого мозга, грубо равняется возрасту нашего Солнца. Это крайне странно, поскольку оба процесса — сгорание Солнца и становление разума — происходят в совершенно разных временных шкалах под воздействием двух разных видов факторов, совершенно не связанных друг с другом. Видимо, это случайное совпадение, а в общем виде следует думать, что время становления разума на планете какой-либо другой звезды или много меньше, или много больше возраста этой звезды. Если оно много меньше этого возраста, то мы возвращаемся к вопросу: почему этот разум до сих пор не колонизовал всю галактику, включая нашу Солнечную систему? Но если он много больше (и, стало быть, наша Солнечная система является уникальным исключением), тогда, значит, во всех остальных случаях разум попросту не успевает появиться за все время жизни всех остальных звезд и чисто случайно успел появиться только на нашей Земле.

Картер, однако, не удовлетворился этим своим рассуждением и начал копать еще глубже. Он задался вытекающим из предыдущего — и более широким — вопросом: а почему тогда разум вообще появился во Вселенной? Может быть — я прошу внимательно вдуматься в эти слова Картера, — может быть, наша Вселенная "настроена так", что делает возможной появление осмысливающей ее жизни?

История "антропного принципа" интересна и поучительна. Этот принцип поначалу даже не был сформулирован автором в печати. Тем не менее он стал широко известен и в последние десятилетия обсуждается в науке так повсеместно и страстно, как, пожалуй, ни одна другая идея после дарвиновской.

Неподходящий размер

Почему таи важно подтверждение или опровержение гипотезы "конечной Вселенной"? Дело в том, что такие гипотезы влияют на вопрос о том, одиноко ли человечество во Вселенной. Во Вселенной конечного размере нет бесконечного множества галактик звезд и планет, а потому нет и не может быть бесконечно большого числа "попыток" формирования жизни за ограниченное время их существования. Следовательно, отпадает один из важнейших аргументов в пользу обязательного — и даже множественного — существования еще каких-то обитаемых планет. Однако более полный ответ требует подробной проверки гипотезы, результаты которой с нетерпением ждут ученые.

Человек, выдвинувший этот принцип, профессор университета в Кембридже Брандон Картер, принадлежит, по мнению коллег, к числу крупнейших астрофизиков нашего времени. Он создал полное физико-математическое описание вращающихся "черных дыр", выдвинул ряд новых идей относительно "черных дыр" вообще, а затем принял участие в разработке "теории струн". В 1970 году профессор Картер написал большую статью, в которой детально исследовал ряд тонких и странных "совпадений" между фундаментальными физическими константами и указал на некоторые другие, ранее не известные совпадения, например, на то, что образование планетных систем требует определенного соотношения между силой гравитации и некоторыми константами атомной физики. Она была опубликована лишь спустя несколько лет, но еще до этого получила самое широкое "самиздатское" распространение в научных кругах и быстро привлекла всеобщее внимание. Сегодня ей посвящена огромная литература.

Эвристический "антропный принцип", выдвинутый Картером в этой статье, легче понять, если вернуться к изложенным выше рассуждениям Кристиана де Дюве и других сторонников "биологического детерминизма". Задолго до Дюве над этой проблемой задумался знаменитый астрофизик Фред Хойл. Еще в начале пятидесятых годов его внимание привлек вопрос, каким образом в недрах звезд возникают углерод и кислород, эти два важнейших для жизни химических элемента. Хойл предсказал одно удивительное численное совпадение. Последующее изучение состояний ядра углерода блестяще его подтвердило.

Еще одно необъяснимое совпадение констант уловил великий физик Поль Дирак. Он показал, что существует определенное соотношение между двумя большими числами, одно из которых характеризует размеры наблюдаемой Вселенной, а другое — силу гравитации в ней. Между тем эти две константы физически никак не связаны друг с другом. Постепенно этот список нарастал и сегодня достиг поистине устрашающей длины. Приведу для иллюстрации небольшой отрывок из огромной (35 страниц) статьи специалиста по философии науки, канадского профессора Джона Лесли "Предпосылки жизни в нашей Вселенной" (июль 2002).

Первые успехи SIRTF

Астрономы и представители НАСА, собравшиеся в Лаборатории реактивного движения в Пасадене (Калифорния), воздали хвалу создателям инфракрасного телескопа SIRTF (Space Infrared Telescope Facility), которому решено присвоить имя Лаймана Спитцера. Техническая сторона работы телескопа была признана безукоризненной, первые полученные результаты — "фантастическими". Среди первых снимков Вселенной в инфракраснам свете — часть скрытой межзвездной пылью и газом туманности 1C 1396 внутри Млечного Пути. В видимом сеете она выглядит черным пятном. Инфракрасные снимки показали огромный сверкающий рой нарождающихся звезд. Мало этого. Возле многих из них различимы потоки теплового (инфракрасного) излучения, идущего от окружающих эти звезды газопылевых пратоплонетарных дисков. Подобный диск телескоп обнаружил также у близкой к нам звезды Фомальгаут, причем диск этот достаточно близок к звезде, чтобы из него могла образоваться землеподобная планета. Наконец, инфракрасный телескоп разглядел галактику, в излучении которой отчетливо видны спектральные линии замерзшей воды и органических углеводородов, то есть молекулярных предшественников жизни. Следы таких молекул обнаруживались и раньше, но на этот роз речь идет о самой далекой галактике, в которой они найдены. До сих пор эта галактика была заслонена от земных наблюдателей непроницаемыми для обычного света облаками межзвездной пыли и газа.

"Расчеты П. Аткинса показали, что если бы электромагнитное взаимодействие было всего на I процент сильнее, это удвоило бы время, необходимое для появления разума, с 5 миллиардов до 10 миллиардов лет, что больше времени жизни Солнца. Тот же Аткинс указал, что при таком усилении электромагнитного взаимодействия между атомами любое изменение живых структур потребовало бы "толчков с силой атомного взрыва"... Не стоит даже напоминать о защитных свойствах озона или обычного льда, способного всплывать наверх в силу загадочных особенностей воды, о словно бы специально придуманных свойствах азота и углекислого газа, подмеченных Уордом, — что все это в сравнении с общим фактом, который отметил Розенталь: даже малейшее изменение величины физических констант "сделало бы невозможным существование ядер, атомов, звезд и галактик"...

А кроме того, существование устойчивых частиц зависит еще от топологических и метрических свойств пространства. Логически ниоткуда не следует, что пространство должно быть трехмерным или что время должно входить в уравнения Эйнштейна как "мнимая координата". Чисто логически могло быть иначе: пространство могло бы иметь 2.9999 или 3.0001 измерения или, как показали в свое время А. Сахаров и А. Линде, иметь другую метрику, и это сделало бы невозможным существование частиц в такой Вселенной. Не говоря уже о том, что, в соответствии с инфляционной теорией Биг Бэнга, Вселенная напоминает стоящий на острие карандаш: она наполнена неустойчивым полем, которое в любую минуту может совершить квантовый "туннельный переход" к устойчивому состоянию и уничтожить все существующее..."

И так все 35 страниц подряд — огромный, под конец даже слегка утомительный список поразительных примеров "тончайшей настройки" физических параметров Вселенной, без которой не было бы возможным возникновение жизни и разума.

В своей статье 1970 года Картер проанализировал все эти случаи "тонкой настройки" и выдвинул гипотезу, что все они представляют собой проявление некого общего, так называемого антропного принципа (от греческого "антропос", то есть "человек"). Этот принцип Картер сформулировал в двух возможных формах — слабой и сильной. "Сильный антропный принцип" представляет собой, в сущности, оформление "биологического детерминизма" а-ля Кристиан де Дюве. Он гласит: "Фундаментальные законы и константы Вселенной специально настроены так, чтобы мог возникнуть осмысляющий их наблюдатель". В этой форме, как отмечает коллега Картера, бывший британский королевский астроном Мартин Рис, антропный принцип "весьма отдает телеологией", то есть признанием того, что эволюция Вселенной имеет некую заранее вложенную в нее цель (или предопределение).

Сторонники "сильного антропного принципа" из числа физиков хотели бы избежать ссылок на Бога и телеологию. На первый взгляд кажется, что это невозможно, но в действительности такой путь существует. Нужно "всего лишь" предположить, что наша Вселенная не единственная, а только одна из многих (может быть, одна даже из бесконечного числа) возможных вселенных. В каждой из таких вселенных — свои физические законы и универсальные константы. В нашей Вселенной эти законы и константы случайно таковы, что они способствуют появлению разума, даже предопределяют это событие, но ничего телеологического, "Божественного" тут нет — чистая случайность.

В других вселенных законы и константы таковы, что наш тип жизни или вообще никакой тип жизни там возникнуть не может. Могут существовать и совершенно "пустые" вселенные, где константы электромагнитных, ящерных и гравитационных взаимодействий или топологические и метрические свойства пространства-времени таковы, что там вообще не возникают никакие частицы. И так далее. Все вместе эти вселенные образуют "мультивселенную" (или, по-английски, multiverse вместо привычного universe). Поэтому нашу Вселенную лучше называть не просто "Вселенной", а "наблюдаемой Вселенной" или "нашей Вселенной".

Многие крупные физики, вроде М. Риса и Ст. Вайнберга, принимают идею "множества вселенных", хотя с теми или иными оговорками. Напротив, С. Хокинг говорит: "Сильная форма антропного принципа не очень удовлетворительна. Какой функциональный смысл можно придать всем этим другим вселенным? И если они отделены от нашей, как может происходящее в них влиять на нашу Вселенную?" Поэтому Хокинг заключает: "Я предпочитаю придерживаться слабого антропного принципа". Ту же позицию занимают Уилер и многие другие космологи и физики.

Свои возражения против сильного антропного принципа высказывают крупнейшие биологи. Так, Мэйнард Смит и Ёрс Шатмари в статье "О вероятности обитаемых миров" пишут: "Как биологи, мы не удовлетворены сильным антропным принципом. Этот принцип пытается дать причинное обоснование существованию разума. Он утверждает, что Вселенная ДОЛЖНА иметь такие свойства, которые позволяют жизни возникнуть. Это утверждение, в сущности, ничем не доказано и вряд ли является верным. Если мы все же примем его, то весь наш биологический анализ эволюции жизни становится практически излишним. В то же время слабый антропный принцип, который попросту констатирует тот факт, что мы существуем и способны наблюдать нашу Вселенную, и пытается извлечь содержательные следствия из этого факта, представляется нам, как биологам, вполне приемлемым".

Лучшее изложение антропного принципа вообще и слабого антропного принципа, в частности, содержится в книге профессоров-физиков Ф. Типлера и Дж. Барроу "Антропный космологический принцип" (1986, 1996). Разъясняя слабый антропный принцип, авторы отталкиваются от того, что они называют "принципом Коперника" и что, по сути, сводится к утверждению, что мы, люди на планете Земля, вовсе не занимаем центральное или особое место во Вселенной. Заслуга Картера, говорят Типлер и Барроу; состояла в том, что он ограничил эту догму, подметив, что "наше положение во Вселенной является по необходимости особым в том смысле, что оно должно согласовываться с нашим существованием как наблюдателей".

Подробный анализ, проведенный Барроу и Типлером, показывает, что многие из удивительных "совпадений", которые обычно толкуются как доказательство целенаправленной "приспособленности" Вселенной под появление жизни и разума, на самом деле являются следствием "селективного отбора", на который нас неизбежно обрекает наше существование "здесь и сейчас". Так, "совпадение", замеченное Дираком, получает вполне удовлетворительное объяснение, если осознать, что жизнь (то есть "разумный наблюдатель") не могла появиться раньше, чем Вселенная достигла определенного возраста и размеров, а эти возраст и размеры, в свою очередь, зависят от соотношения гравитационных и электромагнитных сил. Прямой расчет, впервые произведенный физиком Дикке, показывает, что в ту эпоху, когда во Вселенной уже могут появиться жизнь и разум, это соотношение будет иметь как раз ту величину, которая так удивила Дирака.

Слабый антропный принцип не устраняет все те причины ("совпадения", или "тонкую настройку Вселенной"), которые побудили Картера выдвинуть свой сильный антропный принцип, они только ограничивают их список. Поэтому споры вокруг антропного принципа и, соответственно, вокруг изначальной "приспособленности" Вселенной к появлению жизни и разума продолжаются по- прежнему.

Однако другие ученые, вроде де Дюве и ему подобных, продолжают опираться на сильный антропный принцип в своих попытках доказать, что появление жизни есть "космический императив". И теперь мы видим, что спор о том, одиноки ли мы во Вселенной, идет не просто о вероятностях существования жизни, а о неизмеримо более глубоких вещах, касающихся самых фундаментальных представлений науки об устройстве мира. Лучше всего выразил эту суть спора Пол Дэвис в заключительных фразах своей книги "Пятое чудо": "Поиск жизни во Вселенной является поэтому полигоном для проверки двух диаметрально противоположных мировоззрений. С одной стороны, выступает ортодоксальная наука с ее нигилистической философией бессмысленной Вселенной и безличных физических законов, равнодушных к любой конечной цели, — философией космоса, в котором жизнь и разум, наука и искусство, надежда и страх — попросту преходящие и случайные украшения на обреченной на необратимый распад материи. С другой стороны, выступает альтернативное, несомненно, романтическое, но, возможно, все же правильное представление о самоорганизующейся и самоусложняющейся Вселенной, управляемой хитроумными законами, которые поощряют материю развиваться в направлении жизни и сознания. Вселенной, в которой появление мыслящих существ является фундаментальной и интегральной частью всеобщей схемы вещей. Вселенной, в которой мы не одиноки".

Я мог бы добавить, что еще Ньютон, а за ним Больцман высказывали идеи, которые могли бы примирить обе эти противоположные точки зрения, указывая, что жизнь и разум вполне могут появляться в отдельных "оазисах" и "флуктуациях", существующих на фоне необратимого распада Вселенной в целом. Но не стану продолжать спор. Лучше закончить наш долгий рассказ на этой красивой, величественной и точной ноте.