Виктор Стенджер - Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса

• Название: Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса
• Автор: Виктор Стенджер
• Издательство: Питер
• Жанр: Научпоп
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-01765-7

На наших глазах фантастика становится реальностью. Новейшие исследования позволяют предположить, что наблюдаемая часть Вселенной — лишь крошечный участок несравненно более обширной и грандиозной Мультивселенной. В этой книге увлекательно и доступно рассказано о формировании современной картины мира, о том, как решительно и болезненно она пересматривалась с развитием науки, о том, какие невероятные горизонты открываются перед космологией, стоит только выйти из плоскости, заданной теорией Большого взрыва и традиционной астрофизикой.

Последняя работа Виктора Стенджера, в которой он фактически подводит итоги своей научной деятельности и жизни, убедительно доказывает, что Мультивселенная могла возникнуть естественным путем, без вмешательства каких-либо высших сил.

---

В главе 12 мы узнали, что из-за инфляции массовая плотность Вселенной оказывается очень близкой к критическому значению ρc. Из этого, в свою очередь, вытекает, что Н тоже имеет критическое значение. Только один из этих двух параметров настраивается. Допустим, это Н.

Далее при приближенно-линейном расширении, согласно закону Хаббла (см. главу 8), возраст Вселенной определяется как Т = 1/Н. Сейчас он составляет 13,8 млрд. лет, и едва ли он точно настроен для жизни. Жизнь могла бы с тем же успехом появиться при T = 12,8 млрд. лет или Т = 14,8 млрд. лет. Вообще возьмем Т = 1,38 млрд. лет. Тогда у нас могло бы не быть жизни сейчас, но она бы появилась через 10 млрд. лет или около того. Или возьмем Т = 138 млрд. лет. Тогда бы жизнь уже возникла около 124 млрд. лет назад.

Космологическая постоянная. Космологическая постоянная равна энергетической плотности вакуума, и она лучше всего подходит на роль темной энергии, которая ответственна за ускорение расширения Вселенной и составляет более 68% общей массы-энергии Вселенной,

В главе 13 мы увидели, что расчеты энергетической плотности вакуума, в которых она приравнивается к энергии нулевых колебаний, дают результаты, которые на 50–120 порядков превышают максимальное значение, допускаемое наблюдениями.

Физики еще не пришли к консенсусу относительно решения проблемы космологической постоянной. Некоторые выдающиеся ученые, в частности Стивен Вайнберг{388} и Леонард Сасскинд{389}, считают, что ответ связан с множественными вселенными. Оба ссылаются на тот факт, что теория струн, как и ее усовершенствованная версия — М-теория, предлагает «ландшафт» из примерно 10500 различных возможных вселенных. Но мы не нуждаемся в подобных допущениях.

Как я подчеркнул в главе 13, в исходных расчетах энергетической плотности содержалась фундаментальная ошибка — суммирование всех состояний в данном объеме. Поскольку энтропия системы определяется количеством доступных состояний системы, то энтропия, вычисленная при помощи суммирования по объему, будет больше энтропии черной дыры того же размера, которая зависит от ее площади, а не от объема. Но поскольку мы не можем заглянуть в черную дыру, то информация о том, что находится внутри нее, настолько мала, насколько возможно, а значит, энтропия максимальна.

Следовательно, было ошибочно рассчитывать количество состояний суммированием по объему. Если заменить эту операцию на суммирование по площади, или, что то же самое, принять количество состояний равным энтропии черной дыры того же объема, мы сможем естественным образом ограничить энергетическую плотность вакуума. В результате этого расчета мы получим, что энергетическая плотность вакуума в пустой Вселенной будет примерно равна критической плотности, то есть как раз тому значению, которое она, судя по всему, имеет.

По техническим причинам космологи не готовы принять это решение проблемы космологической постоянной. Так или иначе, я считаю, что будет честно признать исходный расчет попросту ошибочным — самым ошибочным расчетом в истории физики — и игнорировать его. В любом случае, не стоит отказываться от всех земных благ и уходить в монастырь только из-за того, что космологическая постоянная столь мала.

Другие параметры

Мы разобрались с пятью параметрами, которые, предположительно, настолько точно настроены, что даже малейшее отклонение сделало бы жизнь любого рода невозможной. Отмечу, что только четыре из них независимы, вопреки утверждениям теистов. Теперь перейдем к тем параметрам, о которых сторонники тонкой настройки могут сказать только то, что жизнь была бы очень маловероятна, если бы значения этих параметров были хотя бы немного иными.

Прогноз Хойла. В главе 9 мы рассмотрели блестящее достижение астронома Фреда Хойла и его коллег — они смогли показать, каким образом большинство элементов периодической таблицы формируются в звездах во время гравитационного коллапса после выгорания всего водородного топлива. В 1951 году Хойл предсказал, что ядро атома углерода должно иметь возбужденное состояние на уровне примерно 7,7 МэВ относительно основного состояния, чтобы в звездах могло образоваться достаточно углерода для существования жизни. Эта история представляет серьезный исторический интерес, поскольку это единственный пример того, как антропная аргументация привела к эмпирически подтвержденному прогнозу. Вскоре после этого возбужденное состояние было обнаружено при 7,656 МэВ.

Однако более поздние вычисления показали, что то же количество углерода образовалось бы, если бы возбужденное состояние находилось где угодно в промежутке от 7,596 до 7,716 МэВ. Более того, углерода было бы достаточно для жизни при любом возбужденном состоянии от уровня чуть выше основного состояния и до 7,933 МэВ.{390} Возбужденного состояния где-либо в таком широком диапазоне можно ожидать, исходя из стандартной теории ядра. Не говоря уже о том, что углерод — не единственный элемент, на котором может быть основана жизнь.

Относительные массы элементарных частиц. Массы элементарных частиц влияют на многие свойства Вселенной, и большое количество претензий к точной настройке относится к их значениям. Позвольте мне начать с разности между массами нейтрона и протона. Если бы разность масс нейтрона и протона была меньше суммы масс электрона и нейтрино (масса нейтрино в нашей Вселенной пренебрежимо мала для данного расчета, но в какой-то другой вселенной может быть иначе), то не было бы нейтронного распада. В начале существования Вселенной электроны и протоны соединились бы, образуя нейтроны, и протонов осталось бы мало, если не нисколько. Если бы разность масс была больше, чем энергия связи ядер, то нейтроны в ядрах распадались бы и от ядер ничего не осталось.

Для разности масс остается диапазон около 10 МэВ, при котором могла бы сформироваться вся периодическая таблица. Реальная разность масс составляет 1,29 МэВ, так что фактически это значение могло быть гораздо выше. Поскольку массы протона и нейтрона в первом приближении равны и разница появляется благодаря небольшой электромагнитной поправке, то она вряд ли достигла бы 10 МэВ.

Теперь давайте рассмотрим массу электрона, которая тоже влияет на нейтронный распад. Меньшая масса электрона оставляет большее пространство для допущений при расчете параметров для нейтронного распада, тогда как большая масса — меньше.

Соотношение масс электрона и протона помогает определить диапазон параметров, в котором химия не отличается от нашей. Можно показать, что эта область довольно значительна и тоже не свидетельствует в пользу точной настройки.

Относительные силы взаимодействий и другие физические параметры. Безразмерные относительные силы взаимодействий — еще один набор физических параметров, объявляемых точно настроенными по причинам, которые мне кажутся недостаточно вескими. Параметр силы гравитации а является произвольным, так что настраивать в нем нечего. Как мы уже знаем, так называемая слабость гравитации по сравнению с электромагнитным взаимодействием между элементарными частицами обусловлена их малыми массами, а не относительными силами самих взаимодействий.

Теперь давайте рассмотрим безразмерную силу слабого взаимодействия αW. Росс заявляет, что она точно настроена, чтобы получились нужное количество гелия и нужный объем производства тяжелых элементов в Большом взрыве и в звездах. Здесь ключевой момент — это соотношение количеств нейтронов и протонов в начале существования Вселенной, когда по мере ее остывания производящие их реакции вышли из равновесия. Допустимый диапазон параметров довольно широк.

Сила электромагнитного взаимодействия представлена в виде безразмерного параметра α, который по историческим причинам называется «постоянная тонкой структуры» и имеет значение 1/137 при низких энергиях. Росс говорит, что химические связи были бы недостаточно сильными, если бы она была другой. Но, как я доказал в книге «Заблуждение о точной настройке», многоэлектронное уравнение Шрёдингера, которое управляет большей частью химии, может изменяться относительно а и массы электрона. Повторю еще раз: очень широкий диапазон подходит для знакомой нам химии, в частности химии жизни.

Есть много примеров, где задействуется значение а в сравнении с другими параметрами. Я объяснил слабость гравитации по сравнению с электромагнетизмом в веществе низкими реальными массами элементарных частиц. Этот же эффект может быть достигнут при большем значении α, но маловероятно, чтобы оно оказалось на несколько порядков больше.

Отношение значений а и параметра сильного взаимодействия αs тоже важно в некоторых случаях. Если варьируются оба параметра, то не требуется никакой точной настройки, чтобы были возможны и стабильные ядра, и свободные протоны.