Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

• Название: Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
• Автор: Калеб Шарф
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-17-091484-5

Одиноки ли мы во Вселенной? Какие условия необходимы, чтобы возникла планета, пригодная для жизни? Надеется ли современная наука на встречу с внеземным разумом? И прав ли был Николай Коперник, когда утверждал, что мы сами и наше место в мироздании ничем не примечательны? Чтобы ответить на эти вопросы, астроном и астробиолог Калеб Шарф приглашает читателя в увлекательное путешествие по последним достижениям самых разных наук – от истории естествознания до космологии и от вирусологии до ядерной физики.

---

А исследования спектра космического света начали приоткрывать завесу тайны над химическим составом внеземных объектов, в том числе над составом Солнца, и в результате, в частности, был открыт гелий[30].

Однако оставались без ответа другие важнейшие вопросы: имеет ли Вселенная пределы в пространстве и даже во времени? Ограничивается ли она россыпью звезд, которую мы именуем Млечным Путем, или другие маленькие туманные пятнышки, например, Андромеда, представляют собой своего рода «островные Вселенные» – другие галактики?

В первые три десятилетия ХХ века произошел настоящий переворот в науке и технике – человечество совершило череду сенсационных открытий. Историю этой научной революции пересказывали уже миллион раз: теория относительности Альберта Эйнштейна, измерение подлинных масштабов космоса и понимание природы галактик, зарождение и развитие квантовой механики. Все это породило радикально новые представления о природе, которые позволили объединить свойства и огромного, и микроскопического, и быстрого, и высокоэнергичного – и увидеть изнанку самой реальности. Однако эти открытия неизбежно вошли в противоречие с общепринятыми представлениями о нашем месте в мироздании – и опровергли их.

Из гелиоцентрической модели Коперника следовало, что Вселенная должна выглядеть более или менее одинаково независимо от того, на какой планете стоишь. Очевидное обобщение гласит, что вся Вселенная должна выглядеть более или менее одинаково независимо от того, где находится наблюдатель – в нашей Солнечной системе или в какой-то другой, в нашей Галактике или в десятках миллионов световых лет от нас. Примерно после 1915 года для Эйнштейна это предположение стало вполне приемлемым с философской точки зрения и позволило применить его общую теорию относительности к Вселенной в целом, что привело к появлению так называемого космологического принципа[31].

Здесь нам придется прибегнуть к несколько более ученым словам: согласно этому принципу Вселенная гомогенна. Да, в ней может быть множество мелких асимметрий, например, скопления звезд и галактик, однако независимо от того, где находится наблюдатель, эти островки и кучки распределены примерно одинаково. Примерно как земной ландшафт: где-то горы, где-то сплошной океан, однако в среднем – в очень грубом приближении – везде наблюдаешь примерно одинаковые сочетания суши и воды. Если, подобно Эйнштейну, применить обобщенную теорию пространства и времени ко Вселенной в целом, такая точка зрения очень полезна.

Кроме того, нужно было предположить, что Вселенная изотропна, то есть она должна выглядеть одинаково, если смотреть из любого места в любом направлении. Эту идею усвоить несколько сложнее. В конце концов, едва ли мы вправе утверждать, что мир или Солнечную систему мы воспринимаем именно так – и даже межзвездное ночное небо полно крупных неоднородностей: возьмем хотя бы ленту Млечного Пути. Однако на масштабах намного крупнее нашей Галактики количество и расположение небесных тел в любом направлении должно быть более или менее одинаковым.

Впервые этот космологический принцип совместили с идеями Коперника в начале 50-х годов ХХ века, когда знаменитый физик австрийского происхождения Герман Бонди[32] применил словосочетание «космологический принцип Коперника» при обсуждении космологической модели под названием «теория стационарной Вселенной» (впоследствии было показано, что модель эта ошибочна).

Как следует уже из названия, теория стационарной Вселенной предполагает, что Вселенная вечна и не имеет ни начала, ни конца. Чтобы сделать эту модель более удобоваримой, Бонди провозгласил еще более строгий принцип: Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях для любого наблюдателя не просто в любом месте, но и в любой момент. Хотя теперь мы понимаем, что Вселенная наша отнюдь не стационарна, космологический принцип Коперника подкрепил общую идею, что наше место в космосе совершенно заурядно, в нем нет ничего выдающегося – ни в пространстве, ни во времени.

В середине ХХ века многие отрасли науки – от космологии до микробиологии и генетики – прогрессировали семимильными шагами, появилось несколько поколений необычайно авторитетных ученых. Однако становилось все очевиднее, что сама Вселенная эволюционирует, что она очень разнообразна, – и сразу несколько человек независимо отметили некоторые странные совпадения в значениях фундаментальных физических постоянных. Речь идет о числах, которые описывают, например, силу гравитации или массу субатомных частиц, а в особенности – оценивают возраст космоса. Между определенными сочетаниями этих чисел возникли неожиданные соотношения. Скажем, отношение гравитационной и электрической сил, в которое входят константы, описывающие силу гравитации, и массы и заряды электронов и протонов, примерно равно 10. Это число удивительно напоминает нынешнюю оценку возраста Вселенной, если выразить ее в атомных единицах времени (одна такая единица примерно равна 2´1039–17 с[33]) – первым на это указал физик Поль Дирак[34]. Но как же эти незыблемые константы связаны с возрастом Вселенной на данный момент?! В далеком – в космических масштабах – прошлом или будущем соотношение, разумеется, было бы уже другим. Более того, в другой момент по космическому времени, вероятно, сложились такие условия, которые исключали появление разумной жизни, поэтому заметить подобные совпадения было бы попросту некому! Это была довольно-таки мерзкая ложка дегтя в бочке меда принципа Коперника, поскольку из нее следовало, что в нашем нынешнем положении в пространстве-времени, а также в нынешних условиях во Вселенной все же есть нечто особое.

Последнее и решающее доказательство, что возраст Вселенной конечен, было получено в 1965 году, когда открыли всепроникающее микроволновое излучение, начало которому было положено в момент рождения космоса: это излучение – реликт высочайших температур при Большом Взрыве[35]. Подобные следы совсем иной Вселенной, которая когда-то была необычайно плотной и высокоэнергичной, – это не просто ложка дегтя в бочке меда. Это целое ведро дегтя в бочке меда принципа заурядности. А особенно ситуация обострилась в 1973 году, когда физик австралийского происхождения Брэндон Картер опубликовал свои соображения.

Картер – физик-теоретик, сыгравший важнейшую роль в развитии современных представлений о физике черных дыр, – вдохновлялся в своих изысканиях интересом к проблеме совпадений констант, возникшим у целого ряда коллег, в том числе у Джона Уилера и молодого Стивена Хокинга. Поэтому он решил затеять научную дискуссию именно на юбилейной конференции в Кракове, устроенной в честь пятисотлетней годовщины со дня рождения Коперника. В своем докладе Картер высказал идеи, которые бродили в умах многих физиков, ломавших голову над этими бросавшимися в глаза совпадениями. Картер углубился в проблему, задавшись вопросом, насколько иной была бы Вселенная, если бы изменилось несколько фундаментальных ее качеств – например, соотношение фундаментальных сил, скрепляющих вещество.

Размышления над этим вопросом натолкнули Картера на интересный вывод, которым он и поделился со слушателями. Возможна, например, такая искаженная версия природы, при которой не образуются звезды, а поскольку химические элементы, из которых мы состоим, вырабатываются именно в звездах и поскольку именно мы наблюдаем происходящее во Вселенной, само это обстоятельство может говорить нам что-то о Вселенной, в которой мы живем. Иначе говоря, само наше существование что-то говорит нам о физическом устройстве Вселенной, то есть может статься, что наша роль важнее, чем мы думали. Подобный подход к изучению мироздания Картер назвал «антропным принципом» – а слово «антропный» означает «человеческий». На самом деле Картер имел в виду несколько другую мысль, поскольку наблюдателем во Вселенной может быть кто угодно, а не только человек. Но хотя в дальнейшем он предложил другой термин, более точный с научной точки зрения, в среде ученых закрепилось именно наименование «антропный».

Глубинный смысл такого подхода к миропониманию прекрасно передают слова самого Картера[36], произнесенные в тот день: «Коперник преподал нам весьма поучительный урок: нельзя считать аксиомой, что мы занимаем во Вселенной какое-то привилегированное центральное положение. К сожалению, налицо сильная и не всегда подсознательная склонность обобщать этот постулат до более сомнительной догмы, согласно которой наше положение вообще нельзя считать привилегированным ни в каком смысле». Идея здесь в том, что нельзя и невозможно игнорировать то обстоятельство, что для зарождения жизни и нашего существования потребовалось совпадение огромного множества природных феноменов.