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.

---

Было бы всего-навсего понятно, что эта Вселенная подходит для зарождения жизни, однако это не вопрос особого космического предназначения живых существ – просто в первобытном бульоне есть относительно плодородный участок, в котором иногда случайно зарождается что-то дельное. Разумеется, ответ может лежать в широком диапазоне между двумя крайностями: на одном его конце – жизнь, которая представляет собой столь редкостную диковину, что за 14 миллиардов лет она зародилась всего один раз, на другом – жизнь, которая кишмя кишит во Вселенной и заполонила всевозможными своими разновидностями все планетные системы.

В первом случае мы едва ли сочли бы, что эта Вселенная хорошо подходит для зарождения жизни, а очевидное совпадение физических параметров с условиями, необходимыми для ее появления, показалось бы нам просто жестокой шуткой. А во втором случае решили бы, что жизнь просто очень трудно искоренить. Может быть, мы даже задались бы вопросом, возможен ли такой набор физических законов (и представить себе трудно!), при котором зарождение жизни исключено.

Шучу, конечно; однако в каждой шутке есть доля правды, и здесь нужно подчеркнуть два очень важных соображения. Первое тривиально и состоит в том, что вопросы, которыми мы задаемся, – сами по себе прямая функция того, что нам уже удалось пронаблюдать в своем окружении. Второе более существенно: ведь мы, в отличие от обитателей той Земли с альтернативной астрономической историей, которую я выдумал, пока не знаем, какой из вышеизложенных сценариев разыгрывается во Вселенной. А пока не узнаем, ни тонкая настройка, ни антропный принцип не особенно помогут нам определить собственный статус.

Особенно это верно, если считать, что тонкая настройка однозначно определяет, быть нам или не быть. А между тем возможно, что существует проблема «грубой настройки», а тонкая настройка – это всего лишь один из заключенных в ней частных случаев. Я имею в виду, что в моем вымышленном примере вопрос, подходит ли Вселенная для возникновения жизни, не сводится к «все или ничего». Ответ на него лежит в некотором диапазоне фертильности и вероятности. В сущности, я считаю, что в антропной аргументации заложено предположение, что жизнь слаба и капризна: ей нужно, чтобы все сложилось идеально, а иначе она не зародится.

Однако обильные и яркие палеонтологические свидетельства говорят нам, что жесткий естественный отбор на нашей родной Земле позволил жизни самой осуществлять тонкую настройку[42] к окружающей среде. И жизнь как-то пробила себе дорогу благодаря обилию разнообразных сложных химических веществ и жизненно важных элементов, а также различных источников энергии. Да, конечно, все эти обстоятельства определяются фундаментальными законами нашей Вселенной. Однако жизнь на Земле стала настолько разнообразной, что может задействовать целый ряд вторичных биохимических стратегий, не полагаясь на какую-то одну.

То, что жизни для зарождения и сохранения нужна не просто приблизительно подходящая, «черновая» среда, не так уж очевидно. Так что подлинная космологическая тонкая подстройка должна сводиться скорее к созданию обстановки, в которой жизни относительно легко возникнуть, – и я пока не стану проводить различий между разумной и «просто» жизнью, поскольку жизнь в любой ее форме отнюдь не проста.

* * *

Такая точка зрения не противоречит исследованиям совпадений физических постоянных и других величин, в число которых входит, в частности, соотношение массы и энергии во Вселенной. В большинстве подобных случаев есть некоторый простор для маневра, и это можно показать на примере выработки химических элементов в результате ядерного синтеза в недрах больших звезд.

В первой половине ХХ века ученые обнаружили, что условия в недрах звезд обеспечивают синтез атомных ядер, а их мощная энергия позволяет выковывать все более и более тяжелые элементы. Однако разобраться в собственно механизме звездного нуклеосинтеза оказалось непросто, и в начале 1950-х годов британский физик Фред Хойл[43] понял, что с выработкой углерода возникают некоторые сложности. В то время едва зародившиеся теории звездного нуклеосинтеза предполагали, что в звездах вырабатывается относительно мало углерода. Однако Хойл заметил, что поскольку мы созданы из молекул, содержащих углерод, значит, во Вселенной должен быть способ генерировать его в изобилии. Это загадочное противоречие подтолкнуло Хойла к открытию процесса синтеза углерода.

Хойл обнаружил, что углерод формируется во Вселенной в достаточном количестве благодаря одному интересному явлению. Энергия, которая возникает на одной из стадий процесса, когда в недрах звезд сливаются три ядра гелия, почти точно совпадает с энергией ядра углерода в возбужденном состоянии – естественного продукта этого слияния. Это соответствие приводит к возникновению так называемого ядерного резонанса – гармонизации энергетических состояний, которое мощно подхлестывает производительность ядерной реакции: потому-то и получается, что звезды создают очень много углерода, а вовсе не крошечное его количество.

Долгое время ядерный резонанс считался одним из самых сильных доводов[44] в защиту антропного принципа: существование углерода и жизни, основанной на углероде, само по себе предполагает наличие этого особого процесса в звездах. Да, это так, но лишь в определенной степени: дьявол, как всегда, кроется в мелочах. Теперь мы знаем, что для производства углерода не обязательно, чтобы ядерные энергии совпадали так уж точно: есть определенный простор для маневра, так что тонкая настройка, оказывается, не такая уж и тонкая[45]. То же самое можно сказать о многих параметрах тонкой подстройки. Да, все сложилось удачно, но даже если бы некоторые величины были слегка иными, условия для возникновения жизни в том виде, в каком мы ее знаем, все равно оказались бы подходящими.

В этой книге я постараюсь показать, что концепция простора для маневра на самом деле гораздо глубже. Если когда-нибудь мы сумеем точно измерить, насколько Вселенная склонна порождать жизнь, то есть оценим производительность или плотность возникновения жизни в каждом участке космоса, то получим новый инструмент для измерения фундаментальных свойств природы и предсказания возникновения жизни в соответствии с этими фундаментальными свойствами.

Из этого не следует, что жизнь обязательно «избранная» – это скользкая дорожка[46]: нет, просто жизнь – превосходный пример очень сложного природного явления, не исключено, что это самое сложное природное явление во Вселенной, хитроумно и затейливо связанное со многими ключевыми особенностями физических законов Вселенной. Жизнь как таковая – природная лакмусовая бумажка для испытания свойств Вселенной, пробный камень для детального изучения взаимодействия между отдельными характеристиками в тех случаях, когда возможны самые разные отклонения и сочетания.

Это не просто попытка переформулировать антропную аргументацию. В сущности, эта аргументация утверждает, что можно сделать определенные предсказания по поводу Вселенной на основании самого факта возникновения жизни. Я же хочу предложить лишь способ изучить, как взять свойства Вселенной и предсказать частотность жизни в ней, а следовательно, и оценить наше космическое значение. Примерно как предсказать исход выборов по результатам социологического опроса. К этой концепции мы еще вернемся.

Но вернемся ненадолго к анти-антропному варианту – к идее, укоренившейся в нашем сознании с тех самых пор, как мы узнали, что мы – не центр мироздания: мы занимаем во Вселенной ничем не примечательное, заурядное и непривилегированное положение. Так вот, дело в том, что и это представление, заключенное в принципе Коперника и составляющее суть современного научного метода, также не лишено серьезных недостатков.

* * *

Благодаря Копернику у нас появился своего рода комплекс. Идеи Коперника поразительно точно и ясно описали нашу Солнечную систему, и он помог нам вырваться из глубокой колеи кромешного провинциального самолюбования. Да и очевидные свидетельства нашей заурядности на диво убедительны (хотя и подрывают на корню все наши солипсистские и эгоистические тенденции), и к тому же благодаря принципу Коперника мы добились колоссального прогресса в понимании Вселенной и вокруг нас, и внутри нас. Однако из-за принципа Коперника происходит некоторая путаница.

Снова вернемся к вопросу о том, одиноки ли мы (и жизнь на Земле) во Вселенной. На первый взгляд принцип Коперника гласит, что такого быть не может – ведь мы находимся не в центре мироздания, в нас нет ничего особенного, и среда, в которой мы живем, должно быть, типична для огромного количества мест на данном этапе истории Вселенной.

По этой логике, жизнь не только должна быть явлением очень распространенным, – она во многом должна быть очень похожа на жизнь на Земле. Однако действительно ли предположение о нашей заурядности можно считать веским основанием для подобного вывода? Это отдает чересчур буквальным прочтением научных догматов. Коперник пытался всего-навсего понять, как движутся планеты Солнечной системы, построить предельно логичную модель с минимальным количеством натяжек. Не вчитываем ли мы слишком много в механическое решение механической задачи?