42. Антропный принцип

Среди простых вопросов, ставивших космологов в тупик до появления теории инфляции (см. главу 9), был один, который мы до сих пор не рассматривали. Есть много физических постоянных, значения которых вроде бы ниоткуда не следуют. Но если мы попытаемся представить мир, где какая-нибудь из этих констант немного изменена, жизнь в таком мире оказывается невозможной: не образуются атомные ядра, не горят звезды и т.п. Что так подогнало значения констант, чтобы мы могли существовать?

Что это за константы, и чем их изменение фатально для нас? Самой капризной вещью во Вселенной оказываются звезды, без которых мы не можем существовать. Повторим широко известные факты на этот счет:

• Ядро тяжелого водорода, дейтрон, оказывается довольно слабо связанным, что играет большую роль в процессе горения водорода (в основном протон-протонном цикле) в звездах. Если чуть-чуть увеличить ядерную силу притяжения между протоном и нейтроном, то вероятность одной ступени протон-протонного цикла — соединение протона с дейтерием в ядро гелия-3 упадет, и звезды будут еле тлеть. Если силу притяжения ослабить, дейтрон исчезнет и протонный цикл оборвется

• В главе 6, посвященной Фреду Хойлу, упоминалась тройная гелиевая реакция как его главное достижение и как единственный мостик от легких к тяжелым элементам в звездном нуклеосинтезе. Эта реакция идет благодаря резонансу ядра углерода при удачной энергии. Стоит немного изменить константу ядерных взаимодействий, и реакция блокируется, а Вселенная остается без тяжелых элементов.

• Звезды горят потому, что во Вселенной осталось много водорода, и образовалось только 20 % «негорючего» гелия. Если бы чуть усилить сильные взаимодействия относительно электромагнитных, появилось бы новое стабильное ядро — дипротон.

И тогда всё вещество Вселенной в первые минуты перешло бы в форму гелия. Звезды бы не зажглись.

Еще более ужасающая возможность — облегчить нейтрон на одну тысячную, тогда он бы стал стабильным, и не было бы ни электронов, ни атомов — одни нейтроны.

Есть и другие способы разрушить наше комфортное мироздание, слегка чего-нибудь изменив в нем. О некоторых мы поговорим ниже, а пока сказанного достаточно, чтобы понять, что объем в пространстве значений физических констант, допускающий существование жизни, ничтожно мал. Будто физические константы специально подогнаны таким образом, чтобы мы могли существовать.

Теперь давайте взглянем на Землю: на ней тоже всё как будто специально подогнано для нашего существования: температура, атмосфера, вода, стабильная орбита, хороший наклон оси вращения, слабая бомбардировка астероидами благодаря Юпитеру, очистившему пространство от космического мусора. Но ведь мы точно знаем о существовании других планет и множества других планетных систем, где условия совсем иные. Так там никто и не живет. Мы могли появиться лишь в одном из относительно немногих миров — в том, который благодаря стечению обстоятельств как будто специально подогнан под существование жизни.

То же самое и со Вселенной, если:

• вселенных очень много, возможно, бесконечно много;

• все они разные, возможно, с разными законами физики, разными константами взаимодействий, разными наборами частиц, причем конкретная реализация случайна.

Вот мы и появились там, где могли, где нейтрон тяжелей пары протон + электрон, где углерод имеет ядерный резонанс с нужной энергией и так далее. Возможно, в пространстве параметров существуют и другие благоприятные «острова», где возможна какая-то другая жизнь, совсем не похожая на нашу. И там разумные обитатели будут удивляться удачной подстройке физических величин. А в большинстве вселенных, где не произошло благоприятной случайности, некому посетовать на неудачные значения физических констант.

Это и есть суть антропного принципа.

Он снимает некоторые вопросы, перекладывая ответственность за какие-то факты на случайность. Почему именно таковы массы кварков? Они определяются константами взаимодействия кварков с полем Хиггса, и величина этих констант ниоткуда не следует. Но если их изменить — «поедет» всё — энергия резонанса ядра углерода, стабильность и энергия связи ядер, — и мир изменится так, что мы не сможем жить. Антропный принцип намекает, что эти константы — результат случайности в биографии нашей Вселенной, и вместо объяснения этих конкретных значений заставляет искать механизм, дающий случайные реализации физических констант. Это делает поиск более осмысленным. В данном конкретном случае мы пока не знаем точного ответа, но имеем ряд правдоподобных гипотез. Например, фазовый переход вакуума в самой ранней Вселенной (см. главу 16). Есть и другой механизм случайной реализации, о нем будет сказано ниже.

Антропный принцип предполагает существование огромного множества вселенных. Предположение о множественности вселенных становится естественным сразу, как только Вселенная признана физическим объектом. Но хотелось бы еще знать, каков конкретный механизм производства этого огромного множества. Оказывается, космологическая инфляция делает и это, что первым понял Андрей Линде.