Книга: Извечные тайны неба

Антропный принцип

Антропный принцип

Среди космологических проблем, вызывающих ожесточенные научные споры, выделяется антропный принцип. В завуалированной форме антропный принцип – если сказать попросту, человечий принцип – содержался в высказываниях ряда исследователей уже давным-давно. Сегодня оказалось даже затруднительным доподлинно выявить, кому принадлежит честь его введения в космологию и когда это случилось. Нет возможности привести и общепринятую формулировку этого принципа: ее нет, и каждый автор трактует антропный принцип по-своему.

Вместе с тем, существо его достаточно ясно. Человечество возникло и развилось в его нынешнее состояние только благодаря тому, что оно в биологическом отношении идеально отвечает сложившимся условиям окружающей среды. Малейшее уклонение от этих условий не оставило бы человечеству шанса быть таким, какое оно есть.

Простейший пример. Содержание кислорода в земной атмосфере составляет 21 %. Убавься оно всего до 18 %, и процессы интенсивного окисления – горения – станут невозможными, а без них станет абсолютно невозможной и жизнедеятельность в ее современном виде. Поднимись содержание кислорода в воздухе выше 30 %, и пожары на Земле, не стихая, примут катастрофический характер; пламя случайного возгорания от удара молний погубит всю планету[3].

Если бы в незапамятные времена на начальном этапе эволюции Вселенной несколько фундаментальных физических постоянных, таких как постоянная тяготения, массы протона и электрона, заряд электрона и некоторые другие, были бы едва-едва отличны от их известных ныне значений, то Вселенная оказалась бы устроенной совершенно иначе: не нашлось бы в ней звезд наподобие нашего Солнца, не получил бы повсеместного распространения водород, входящий в состав воды, а ведь человек по своей химии, как говорил академик В. И. Вернадский – «одухотворенная вода». Короче, в чуть-чуть иначе устроенной Вселенной не было бы места для человека. Человек стал таким, каков он есть, только потому, что Вселенная оказалась такой, какова она есть. О чем же говорит антропный принцип? Одна из возможных формулировок: мы являемся свидетелями физических процессов определенного типа, поскольку физические процессы другого типа протекают без таких свидетелей, как мы.

Антропный принцип сближает астрономию, физику и биологию. Из него, конечно, не следует конкретных биологических выводов, но он дает пищу для глубоких философских обобщений. Одна из спорных интерпретаций антропного принципа – уникальность разумной жизни на Земле, которая рассматривается как результат случайного стечения уникальных, нигде больше не повторяющихся обстоятельств. На такую позицию на финише своей творческой деятельности встал авторитетный советский астрофизик И. С. Шкловский. Автор настоящей книги этой точки зрения не разделяет.

Другое возможное толкование антропного принципа имеет не менее спорный характер: одновременно существует множество вселенных. Они различаются по своим свойствам, и мы, люди, в силах наблюдать из них только ту, которая нам соответствует; другие вселенные для наших чувств недоступны и ненаблюдаемы. Академик М. А. Марков в этой связи предложил модель «макромикросимметричной Вселенной». Согласно его представлениям, могут существовать особые элементарные частицы – фридмоиы, каждая из которых содержит в себе целую вселенную. Точь в точь, как в стихах Валерия Брюсова:

(«Мир электрона», 1922)

Философы задают резонный вопрос: почему, собственно, принцип антропный? Почему он человечий, а не муравьиный, не крокодилий, не баобабий? Ведь они тоже существуют и тоже идеально приспособлены к нашей Вселенной. Почему же не рассмотреть Вселенную с точки зрения, допустим, крокодила?

Не станем углубляться в жаркие дебаты вокруг антропного принципа. Но вывод, который хотелось бы сделать, выскажем. Теоретические модели должны как можно полнее учитывать установленные наукой реальности. В космологических исследованиях должны фигурировать галактики такими, какими они нам известны, звезды такими, какими они нам известны, и планеты такими, какими они нам известны. Таким образом, космологи, коли они берут на себя смелость судить о ходе эволюции Вселенной, обязаны доводить дело до появления Земли вместе с ее животным и растительным миром – фауной и флорой. И если теоретическая модель не допускает появления на Земле фауны и флоры, включая, разумеется, человека, то грош ей цена, и серьезного значения такая модель не имеет. Не случайно, по мысли В. И. Вернадского, появление ноосферы – среды разума – является закономерным этапом геологической истории планеты.

С нашей точки зрения, антропный принцип вводит дополнительный – нефизический – критерий корректности космологических взглядов, и в этом заключена его эвристическая ценность.

Космологи часто ходят в науке нехоженными тропами. И проблемы, которые стоят перед ними, простыми не назовешь. Действительно ли Вселенная расширяется или процесс расширения свойствен только наблюдаемой нами области Вселенной? Будет ли расширение продолжаться неопределенно долго или Вселенной свойственна пульсация: сейчас она расширяется, а впоследствии – через многие миллиарды лет – расширение сменится сжатием?

Ответ на последний вопрос, например, как утверждают теоретики, зависит от средней плотности Вселенной, т. е. той плотности вещества, которая получилась бы во Вселенной, если все звезды, межзвездное вещество, планеты и остальную входящую в ее состав материю равномерно «размазать» по всему пространству. При незначительной средней плотности Вселенной ее расширение сможет продолжаться неограниченно долго. Но если средняя плотность Вселенной превосходит некоторый критический рубеж, то с течением времени ее расширение затормозится и сменится сжатием.

Вычисления показывают, что критическое значение средней плотности составляет, грубо говоря, 10 атомов водорода на 1 кубический метр пространства. А какова же она на самом деле? Ответить на этот вопрос пока нельзя и вот почему. Несложно оценить среднюю плотность видимой Вселенной. Но кроме материи в форме известных нам тел, во Вселенной присутствует еще и, так называемая, «скрытая масса» – например, «черные дыры» и рассеянные в пространстве частицы, оценить общую массу которых не удается. В этой связи не удается сделать и теоретического предсказания будущего наблюдаемой нами Вселенной.

Вселенная не имеет никаких границ. Она безгранична. Но бесконечна ли она?

Вернемся еще раз к примеру из предыдущего раздела с пространством двух измерений. Вообразим фантастических двумерных существ, которые не воспринимают третьего измерения пространства. Для таких плоских существ, обитающих только в двух измерениях, поверхность любого шара, например Земли, не имела бы никаких границ – она представлялась бы им безграничной. Однако на деле, в трех пространственных измерениях, Земля вовсе не бесконечна, хотя, двигаясь только по ее поверхности, можно бесчисленное количество раз проходить одну и ту же точку, но никогда нельзя достигнуть «границ» Земли. Следовательно, наши двумерные существа в итоге изучения своего мира могли бы с удивлением обнаружить, что хотя он и безграничен, но вовсе не бесконечен.

Не может ли Вселенная в четырех измерениях – в трехмерном пространстве плюс время – также быть безграничной, но не бесконечной? Быть может, сам по себе вопрос о бесконечности Вселенной является, как выражаются математики, некорректным и вообще не имеет ответа?

История мировой науки хранит поучительный опыт того, как на протяжении тысячелетий математики тщетно искали доказательств истинности пятого постулата Евклида. Однако доказательств того, что через одну точку можно провести только одну прямую, параллельную данной, так и не нашлось. Больше того, великий русский математик Н. И. Лобачевский доказал непротиворечивость геометрии, в которой через одну точку можно провести сколько угодно прямых, параллельных данной.

Дальше – больше. Немецкий математик Б. Риман разработал геометрию, в которой через заданную точку нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной. И оказалось, что все три геометрии имеют право на существование, они внутренне непротиворечивы.

Не обстоит ли подобным же образом дело и с понятием о бесконечности Вселенной? Не зависит ли ответ на этот вопрос от субъективно сформулированных нами условий решения задачи, а вовсе не от объективных свойств Вселенной?

Как видим, космология занимается очень важными проблемами, находящимися на стыке астрономии, физики, биологии, философии.

Фундаментом космологических исследований является совокупность основных физических теорий, таких как квантовая механика, специальная теория относительности и общая теория относительности. Направляющую роль при выполнении космологических исследований играют взятые за исходные методические философские принципы. Наконец, наблюдательная астрономия и биология являются источниками тех фактических данных о Вселенной, которые нуждаются в космологическом истолковании и служат для проверки правильности любой космологической теории. К сожалению, решение космологических проблем осложнено недостаточным количеством исходного наблюдательного материала. Недаром существует образное выражение, что космология «рисует самые грандиозные картины самыми разбавленными красками». Однако каждое новое открытие астрономов-наблюдателей может внести исключительно важный вклад в развитие космологических представлений о происхождении и эволюции Вселенной.

Астрономы-теоретики ждут для своих обобщений новых наблюдательных данных. И самую большую услугу в этом им может оказать молодая, быстро развивающаяся область наблюдательной астрономии – радиоастрономия.