Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной - Джонджо МакФадден

чтобы у них были одинаковые массы, но кто-то допустил ошибку в расчетах на долю единицы. Может быть, это не имеет значения? На самом деле это имеет огромное значение, поскольку эта разница в 0,1 % объясняет двойственную природу нейтрона в духе доктора Джекила и мистера Хайда, благодаря чему Вселенная остается такой, какая она есть.

Сначала о том, как проявляются в нейтроне дурные наклонности мистера Хайда. Свободные нейтроны обладают высокой радиоактивностью и за счет слабого взаимодействия быстро распадаются на протон, электрон и антинейтрино. Время жизни нейтрона в свободном состоянии составляет около 15 минут. Это очень быстрый распад, почти в 1600 раз быстрее, чем даже у таких высокорадиоактивных элементов, как плутоний. Нестабильность нейтрона обусловлена тем, что его маленькой избыточной массы достаточно для распада на протон, электрон и почти лишенный массы антинейтрино. Эта реакция играет ключевую роль в ядерных реакциях, происходящих в звездах, поскольку эти реакции лежат в основе ядерного синтеза тяжелых элементов, необходимых для жизни. Кроме того, нейтроны составляют около 20 % массы нашего тела. Если бы нейтроны, содержащиеся в атомах нашего тела, обладали такой высокой радиоактивностью, наша плоть разложилась бы за считаные минуты.

Этого не происходит. Когда нейтроны находятся не в свободном состоянии, а внутри атомов, они начинают вести себя как добропорядочный доктор Джекил. Избыточной массы, которой было достаточно для распада свободного нейтрона, не хватает, когда нейтрон находится внутри атома. Чтобы происходил распад, нейтрону необходимо преодолеть ядерные силы, удерживающие нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре, а для этого ему нужно чуть больше энергии, чем та, которую обеспечивает избыток массы в 0,1 %. Однако если бы нейтрон был хотя бы на 0,1 % тяжелее, чем он есть, то есть на 0,2 % тяжелее протона, тогда распад происходил бы внутри атома, что сделало бы существование материи невозможным.

Ситуация не стала бы лучше, если бы нейтроны были немного легче. Если бы масса нейтрона была хотя бы чуточку меньше массы протона, свободные нейтроны были бы стабильны, а это значит, что именно они, а не протоны были бы основным продуктом Большого взрыва. Нейтроны не обладают зарядом, поэтому, в отличие от протонов, они не способны притягивать отрицательно заряженные электроны и образовывать стабильные атомы водорода, из которых формируются звезды. В гипотетической вселенной, в которой преобладают стабильные нейтроны, не было бы атомов, материи, звезд, планет и нас с вами. Оказывается, требуется не только незначительный перевес массы, но и перевес в нужную сторону.

В физике встречается множество подобных «совпадений» и странных величин, которые, судя по всему, тонко настроены, чтобы во Вселенной возникли условия, необходимые для образования жизни. Среди ученых, впервые заговоривших об этом, были английский физик Джон Барроу и американец Фрэнк Типлер, которые в 1986 году написали книгу «Антропный космологический принцип» (The Anthropic Cosmological Principle)[471]. Авторы приводят множество примеров нетривиальных соотношений между фундаментальными физическими параметрами и случайных совпадений в физике, которые не поддаются объяснению, но без которых наше существование было бы невозможно. Если провести аналогию с кодовым замком Байеса, получается, что существование вселенной, в которой возможна жизнь, как, например, наша, определяется тем, что на игральном кубике, брошенном бесконечное количество раз, выпадали те числа, из которых складывались правильные комбинации, подходящие для того, чтобы открыть сотни сейфов. В попытках понять, как Вселенная смогла правильно угадать все числа, появилась концепция тонкой настройки (англ. fine-tuning).

Барроу и Типлер утверждают, что объяснить столь маловероятное стечение обстоятельств можно только тем, что мы живем в антропной Вселенной, в том смысле, что, если бы значения фундаментальных постоянных были другими, нас просто не было бы в этом мире, и некому было бы сокрушаться по этому поводу. Антропный принцип не объясняет нетривиальные соотношения между фундаментальными физическими параметрами, а лишь принимает их как факторы существования разумной жизни. Он не объясняет ни каким образом Вселенная пришла к таким тонко настроенным комбинациям фундаментальных констант, ни какая сила подбросила игральный кубик.

Похоже, что у нас не так много вариантов объяснений. Теисты используют случайные совпадения во Вселенной как аргумент, подтверждающий существование Бога. В правильно найденных комбинациях они усматривают руку Всевышнего, подобно тому, как Уильям Пейли полагал, что такие сложные биологические механизмы, как глаз, были созданы божественным мастером. Это не более чем очередная вариация на тему «бога белых пятен» – аргумента, который в действительности ничего не объясняет, поскольку опирается не на реальные знания о Вселенной, а на гипотетического Бога.

Другая точка зрения представлена в гипотезе мультивселенной или вселенной, состоящей из многих параллельных миров. Эта гипотеза, хорошо знакомая любителям научной фантастики, предполагает существование огромного, стремящегося к бесконечности количества миров, в каждом из которых действуют свои значения фундаментальных постоянных. Большинство этих миров непригодно для жизни, однако в некоторых, составляющих малую часть, фундаментальные постоянные имеют те нетривиальные значения, которые отвечают условиям зарождения жизни. Наша Вселенная одна из тех, кому повезло вытащить счастливый билет, а вокруг нас среди множества других менее удачливых вселенных нет ни одной, где кто-нибудь мог бы пожаловаться на отсутствие атомов, звезд, тяжелых элементов, планет и разумной жизни.

КОСМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Ли Смолин родился в Нью-Йорке и изучал теоретическую физику в Гарвардском университете. Его научная карьера началась в Институте перспективных исследований в Принстоне, где во время войны нашли пристанище Альберт Эйнштейн и Герман Вейль. Проработав несколько лет на престижных должностях, он стал одним из ведущих сотрудников всемирно известного Института теоретической физики «Периметр» в Онтарио, Канада. На протяжении всех лет научной деятельности Смолин занимался поисками универсальной теории, которая смогла бы объединить классическую физику и физику элементарных частиц. Он считается одним из создателей теории струн и теории суперструн, которые отражают попытки исследователей объединить законы гравитации и взаимодействия частиц и сил, описываемых в стандартной модели.

Теории струн (а их несколько) предполагают, что элементарные частицы – кварки, электроны, протоны и так далее – являются проявлением тончайших ультрамикроскопических колеблющихся струн. Однако, чтобы эти теории работали, струны должны вибрировать в 26-мерной или 10-мерной вселенной. К сожалению, такая многомерность приводит к тому, что количество струнных моделей возрастает до астрономического уровня, стремясь к бесконечности. Как и модель Птолемея, теории струн благодаря тонкой настройке в виде избыточных усложнений способны подстраиваться под любую реальность. В настоящее время ни один из вариантов теории не дает однозначных прогнозов, которые можно было бы проверить с помощью критического эксперимента.

Разочарованный неудачной попыткой связать теорию струн с реальностью, Смолин занялся поиском альтернативных путей решения проблемы тонкой настройки. В своих работах «Жизнь космоса» (The Life of the Cosmos)[472], вышедшей в 1999 году, и «Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего»[473], опубликованной в 2013 году, Смолин