Стивен Хокинг - Великий замысел

• Название: Великий замысел
• Автор: Стивен Хокинг
• Жанр: Физика
• Год: 2010
• ISBN: 9780553805376

Все мы существуем лишь непродолжительный период времени и на его протяжении способны исследовать лишь небольшую часть мироздания. Но люди — существа любопытные. Мы задаемся вопросами, мы ищем на них ответы. Живя в этом огромном мире, который бывает то добрым, то жестоким, и вглядываясь в бесконечное небо, люди постоянно задаются множеством вопросов: Как мы можем понять мир, в котором оказались? Как ведёт себя Вселенная? Какова природа реальности? Откуда всё это возникло? Нуждалась ли Вселенная в создателе? Многие из нас не тратят много времени на эти вопросы, но почти все из нас когда-либо об этом задумывались.

Один из самых известных ученых нашего времени — Стивен Хокинг написал книгу, продолжающую тему, начатую в его предыдущих книгах. Хокинг ставит вопросы, на которые потом отвечает, прибегая к помощи последних достижений в области науки — Что положило начало существованию? Почему мы существуем? Почему законы физики именно такие, как они есть? Можем ли мы ответить на все эти вопросы, не прибегая к помощи «божественной интервенции»?

---

Обычно, рассматривая какую-либо звезду, ученые определяют пригодную для жизни зону, как узкое пространство вокруг звезды, в которой температура позволяет существовать воде в жидком состоянии. Пригодную для жизни зону иногда называют «зоной Златовласки», потому что условие, чтобы вода была жидкой, означает, что подобно Златовласке, развитие разумной жизни требует, чтобы температура планеты была «в самый раз». Пригодная для жизни зона в нашей солнечной системе, описанная выше, является очень узкой. К счастью для тех, кто наделен разумом, Земля угодила в нее!

Ньютон считал, что наша удивительная, пригодная для жизни солнечная система не «возникла из хаоса с помощью законов природы». Напротив он настаивал, что порядок во Вселенной был «создан Богом и поддерживается им до этих дней в том же состоянии и тех же условиях». Легко понять, почему он так думал. Много невероятных совпадений, которые произошли, чтобы дать нам существование, и дружественное человечеству устройство мира, действительно приводят в замешательство, если бы только наша солнечная система была единственной во Вселенной. Но в 1992 году поступили первые подтвержденные наблюдения за орбитами планет других звезд, как наше Солнце. Теперь мы знаем сотни таких планет, и можно предположить, что существует множество других среди многих миллиардов звезд в нашей Вселенной. Случайное совпадение наших планетарных условий — единственное Солнце, удачная комбинация расстояния между Землей и Солнцем, а также солнечная масса — гораздо менее удивительно, чем то, что Земля была аккуратно устроена как раз для благоприятного существования человечества. Существует много разных планет. На некоторых — минимум на одной — есть жизнь. Понятно, что когда живые существа на планете, которая поддерживает жизнь, изучают мир вокруг себя, они обязаны признать, что окружающая их среда соответствует условиям для их существования. Это позволяет преобразовать последнее утверждение в научный принцип: Именно наше существование устанавливает правила, определяющие, где и когда возможно наблюдать мир. Сам факт нашего существования вводит ограничения на условия окружающей среды, в которой мы находимся. Этот принцип называется слабым антропным принципом (обусловленный влиянием человека). (Мы скоро увидим, почему применено прилагательное «слабый»). Вместо термина «антропный принцип» лучше было бы использовать «принцип отбора», потому что этот принцип указывает на то, как наши знания о нашем существовании устанавливают правила, которые отбирают из всех возможных сред, только те среды, условия на которых позволяют существовать жизни.

Хотя это может звучать несколько философски, но слабый антропный принцип может быть использован, чтобы делать научные прогнозы. Например, сколько лет Вселенной? Как мы вскоре увидим, для нашего существования Вселенная должна такие элементы как углерод, который производится при горении элементов внутри звезд. Углерод должен быть потом распространен в пространстве в результате вспышки сверхновой звезды, и, в конечном итоге, стать частью планеты в во вновь созданной солнечной системе. В 1961 году физик Роберт Дик показал, что такие процессы занимают свыше 10 миллиардов лет, поэтому наше существование означает, что наша Вселенная должна быть минимум взрослее. С другой стороны, Вселенная не может быть много старше 10 миллиардов лет, ведь в далеком будущем все топливо звезд будет выработано, а нам для существования нужны горячие звезды. Следовательно, нашей Вселенной около 10 миллиардов лет. Это не достаточно точный прогноз, но это похоже на правду — в соответствие с последними данными Большой взрыв произошел около 13.7 миллиардов лет назад.

Как и в случае с возрастом Вселенной, антропные прогнозы дают, обычно, ряд значений для некоторой физической величины точнее, чем ее вычисление. Поэтому наше существование, в то время как это не могло бы потребовать особой ценности некоторого физического параметра, часто зависит от таких параметров, не изменяющихся слишком от того значения, которое мы фактически имеем. Мы, к тому же, предполагаем, что существующие условия в нашем мире являются типичными для условий ограниченных антропным принципом. Например, если только ограниченные орбитальные эксцентриситеты, скажем, между нулем и 0,5, позволят развиваться жизни, то эксцентриситет 0,1 нас не удивит, потому что среди всех планет во Вселенной, вероятно, значительный процент составляют орбиты с таким маленьким эксцентриситетом. Но если бы оказалось, что Земля переместилась на орбиту с почти совершенной окружностью, с эксцентриситетом, скажем, 0,00 000 000 001, это сделало бы Землю действительно исключительной планетой, и заставило бы нас найти объяснение, почему мы живем в таком уникальном доме. Эта идея иногда называется принципом посредственности.

Счастливое стечение обстоятельств в отношении формы планетарных орбит, массы Солнца и так далее называется энвайронментальным (относящийся к окружающей среде), потому что они возникают из интуитивной прозорливости нашей окружающей среды, а не из удачных законов природы. Возраст Вселенной также является энвайронментальным фактором, поскольку существует раннее и позднее время в истории Вселенной, но мы должны жить именно в этой эре, потому что именно эта эра является подходящей для жизни. Энвайронментальное стечение обстоятельств легко понять, поскольку наше существующее окружение является только одним среди многих, которые существуют во Вселенной, и мы, очевидно, должны существовать именно в том месте, поскольку в нем поддерживается жизнь.

Слабый антропный принцип не самый дискуссионный. Но существует более сильная форма, которую мы будем здесь аргументировать, хотя к ней с пренебрежением относятся некоторые физики. Сильный антропный принцип предполагает, что сам факт нашего существования накладывает ограничения не только на наши окружающую среду, но и на возможную форму и суть законов природы как таковых. Эта идея возникла, потому что эти законы является не только специфическими характеристиками нашей солнечной системы, которые удивительно подходят для возникновения человеческой жизни, но также и характеристиками всей нашей Вселенной, и это является гораздо более трудным для понимания.

История о том, как первичная Вселенная, состоящая из водорода, гелия и небольшого количества лития эволюционировала во Вселенную, давшую пристанище как минимум одному миру с разумной жизнью, подобному нашему, является историей во многих главах. Как мы упоминали ранее, силы природы должны были быть такими, чтобы тяжелые элементы — особенно углерод — могли быть сформированы из первичных элементов, и оставаться стабильными, как минимум, миллиарды лет. Из этих тяжелых элементов образовались «очаги», которые мы называем звездами, так что эти силы в начале должны были сформировать звезды и галактики. Они произошли из крохотных однородных частиц в ранней Вселенной, которая была почти целиком однообразной, благодаря все-таки имеющейся плотности: примерно 1 часть на 100 000, Однако, существование звезд, и существование внутри этих звезд элементов, из которых мы состоим, не является достаточным условием. Активность звезд должна быть такой, что некоторые, в конечном счете, должны были взорваться, и более того, взорваться именно таким образом, чтобы выпустить тяжелые элементы в космос. К тому же, законы природы должны указывать на то, что эти элементы могли бы объединиться в новую популяцию звезд, которые, окруженные планетами, вновь бы формировали тяжелые элементы. Эти последовательные определенные события должны были случиться, также как определенные события должны были произойти на ранней Земле, что позволить развиться нашей жизни. Но в отношении событий, приведших к эволюции Вселенной, такое развитие управлялось балансом сил природы, взаимодействие которых и привело к нашему существованию.

Одним из первых, кто пришел к этому, был Фред Хойл, в 1950 году. Он считал, что все химические элементы изначально были сформированы из водорода, который, как он предполагал, являлся истинной первичной субстанцией. Водород имеет простейшее атомное ядро, состоящее только либо из одного протона, либо в комбинации с одним или двумя нейтронами. (Различные формы водорода, или любое ядро, имеющее то же количество протонов, но различное количество нейтронов называются изотопами). Теперь мы знаем, что гелий и литий, атомы, чьи ядра состоят из двух и трех протонов, были также изначально синтезированы, в гораздо меньшем количестве, когда возраст Вселенной был всего 200 секунд. Жизнь, с другой стороны, зависит от более сложных элементов. Углерод, наиболее важный из них, является основой для всей органической химии.

Хотя кто-то может считать «живыми» организмами умные компьютеры, состоящие из других элементов, таких как кремний, сомнительно, чтобы жизнь могла бы самопроизвольно развиться в отсутствие углерода. Причины для этого формальны, но нужно учитывать то уникальное свойство, которое позволяет углероду соединяться с другими элементами. Двуокись углерода, например, является газом при комнатной температуре, и биологически очень полезна. Так как кремний находится прямо под углеродом в периодической таблице, он имеет похожие химические свойства. Однако, двуокись кремния, кварц, был бы более полезен в коллекции камней, чем в организме человека[15]. Возможно, что жизненные формы могли бы эволюционировать так, чтобы кремний считался деликатесом, а плескались бы мы в бассейне с нашатырным спиртом. Даже такой тип экзотической жизни не мог бы эволюционировать из первоначальных элементов, которые могут формировать только две стабильные структуры, гидрид лития, который является прочным кристаллическим бесцветным веществом, и водородный газ, ни один из них не способно не только воспроизводиться, но и даже «любить». И, фактически получается, что мы являемся углеродной формой жизни, и это ставит вопрос о том, как углерод, чье ядро содержит шесть протонов, и другие тяжелые элементы были созданы в наших телах.