«Фізика в умовному нахилі, або Ще раз про антропний принцип»

Віталій Мацарський

Прийнято вважати, що в історії умовне нахилення неприпустиме. Безглуздо обговорювати, як виглядала б історія нашої цивілізації, якби Олександр Македонський не помер у розквіті років, або якби замість Сталіна запанував Троцький, або якби не розвалилася Римська імперія.

До речі, з приводу Римської імперії у мене є особлива думка. Я вважаю, що вона загинула не стільки через варварів, скільки через свою дурну систему обчислення, де не було навіть нуля. Уявіть собі, що потрібно підрахувати, скільки умовних в’язок вівса потрібно 137 (CXXXVII) центуріям, якщо кожній центурії потрібно 273 (CCLXXIII) таких зв’язок на місяць (рік, тиждень, неважливо). Спробуйте помножити ці два числа в римській системі обчислення. Вдалося? А якщо цих центурій у 57 (LVII) разів більше? Ось так і розвалилася Римська імперія через нездатність виконувати елементарні арифметичні операції. Не змогли порахувати, скільки фуражу потрібно їх кінниці (піхоті, лучникам тощо), за що і поплатилися. Лише в середині XX століття (ось тільки для цього і придатні римські цифри) видатний американський математик, винахідник і інженер Клод Шеннон, основоположник сучасного цифрового світу, заради забави написав комп’ютерну програму, здатну проводити арифметичні операції над римськими числами, та й то тільки до 85 (LXXXV) [1].

Але це так, щоб в розмову встряти і освіченість показати.

А на розмову мене потягнула стаття «Антропний принцип» [2] дуже шанованих мною вчених — академіка РАН Валерія Рубакова і докт. фіз.-мат. наук Бориса Штерна. Сам я далеко не академік і навіть не доктор наук, а швидше ставлюся до категорії, яку в комп’ютерній області називають «просунутими користувачами» — сам зробити нічого не може, але може зрозуміти і скористатися тим, що зробили інші, благо отримане півстоліття тому фізичну освіту дозволяє. І по моєму (недо) розумінню виходить, що недозволене історикам цілком дозволено фізикам, причому у вселенському масштабі.

Так вже вийшло, що я прочитав фундаментальну 700-сторінкову працю під назвою «Антропний космологічний принцип» [3] майже відразу після його виходу в світ. Я натрапив на нього на книжковому розвалі в Нью-Йорку році в 1987-му. Крім назви залучала і нацарапанная олівцем на внутрішній стороні обкладинки ціна — 99 центів. Така суто символічна сума за абсолютно нову книжку була по кишені навіть радянському відрядному, і я не втримався, купив її, про що ніколи не пошкодував. І я, і продавець були дуже задоволені — я передчував захоплююче читання, а він радів, що виручив хоч долар за залежний уцінений товар.

Я отримав величезне задоволення від читання цієї книги — вона буквально фонтанувала несподіваними фактами, паралелями, неординарними судженнями. В якийсь момент мені стало цікаво, а чому взагалі фізики раптом стали міркувати про те, що було б, якби нейтрон був трохи легше або протон трохи потяжелів, або якщо трохи збільшити константу сильних взаємодій і т. д. тощо. Адже якось же фізика протягом багатьох століть обходилася без умовного нахилу, приймаючи наш Всесвіт такий, як він є, приймаючи, наприклад, як даність, що маса протона в 1836 разів більше маси електрона, а заряди у них однакові (з точністю до знака).

Схоже, все почалося зі статті 1979 року в Nature. Називалася вона «Антропний принцип і структура фізичного світу» [4], а одним з її авторів був Мартін Ріс, відомий астрофізик, директор Кембриджського астрономічного інституту, який зробив блискучу кар’єру і написав масу статей і книг (цього року у видавництві «Альпіна нон-фікшн» вийшов переклад його книги «Всього шість чисел. Головні сили, що формують Всесвіт «; фрагменти можна прочитати на сайті elementy.ru [5]). Він був президентом Королівського астрономічного товариства, Лондонського королівського товариства з розвитку знань про природу, отримав масу премій і нагород, а зараз і зовсім став лордом. У цій статті вчені звертають увагу на дивні співвідношення величин багатьох фізичних параметрів, ніби навмисне підібраних так, щоб могло виникнути життя. Це дало авторам підставу припустити, що введений ними антропний принцип «дозволяє трохи просунутися в наданні йому статусу фізичної теорії, але лише трохи. Цілком може виявитися, що це не більше ніж якась філософська дивина «.

Але декому це дивністю не здалося, і на світ з’явилася вже згадувана 700-сторінкова фундаментальна праця. Тут же Андрій Лінде опублікував свою теорію вічної інфляції і став одним з найзатятіших прихильників антропного принципу. У цю теорію даний принцип вписувався цілком природно і навіть підтверджував її: раз є нескінченне число всесвітів з різними наборами фізичних параметрів, то серед них обов’язково знайдеться така, де проживаємо ми з вами.

У березні 2003 року в Стенфордському університеті відбулася конференція на тему «Всесвіт чи мультивселений?», яку видали 2007 року [6]. Там можна знайти чимало цікавих висловлювань. Привожу деякі з них.

«Я не відчуваю себе чужинцем у Всесвіті. Чим більше я її вивчаю і чим більше дізнаюся про її будову, тим більше я знаходжу свідчень того, що в якомусь сенсі Всесвіт заздалегідь знав про нашу появу «(Фрімен Дайсон).

«Деякі можуть вважати, що міркування про інші всесвіти — галузі простору і часу, які ми не можемо спостерігати (ймовірно, навіть в принципі, а не тільки на практиці) — відносяться не до фізики, а до метафізики. Наука ґрунтується на спостереженнях і експериментах, а тому природно знервовано ставитися до чогось ненаблюдаемого. Видається, однак, що інші всесвіти вже входять в область наукових досліджень, оскільки цілком має сенс поставити питання: «Чи існують ненаблюдаемые всесвіти?» — хоча відповідь на це питання навряд чи буде отримана найближчим часом «(Мартін Ріс).

«Риба, яка живе в океані, може помилково зробити висновок, що властивості води скрізь одні й ті самі, не уявляючи собі, що вода може перетворюватися на лід і на пар. Ми, можливо, розумніші за рибу, але і ми можемо так само помилятися «(Макс Тегмарк).

Андрій Дмитрович Лінде був і зовсім розгніваний тим, що «багато вчених досі соромляться використовувати антропний принцип. Друзі Гаррі Поттера боялися вимовити ім’я «Волдеморт» «, і так само противники антропного принципу часто заявляють, що вони не будуть згадувати цей принцип у своїх статтях. Довгий час фізики вірили, що є лише один фізичний світ і що з повного його опису будуть слідувати всі параметри, такі як константи зв’язку і маси елементарних частинок. Передбачалося, що фундаментальна теорія буде красивою і природною. Такі надії були, безумовно, благородними, але, можливо, надто оптимістичними. Цей період можна назвати «» століттям невинності «». Зараз ми, схоже, вступаємо в «століття антропності» «. Інфляційна космологія — разом з теорією струн — призводить до картини мультивселеної з нескінченною кількістю експоненційно великих областей («всесвітів»), що мають нескінченно велику кількість різних властивостей. На додаток до неминуче суб’єктивних поняття краси і природності ми додаємо простий і очевидний критерій, згідно з яким частина Всесвіту, де ми живемо, повинна мати властивості, сумісні з нашим існуванням «.

«Друзі Гаррі Поттера» дотримувалися іншої думки.

«Деякі стверджують, що при розвитку Всесвіту безпосередньо після Великого вибуху різні області проходять етап інфляційного розширення незалежно один від одного і в різних областях Всесвіту вакуум формується по-різному, причому вибір вакууму відбувається випадковим чином. Єдиний принцип, за яким наш Всесвіт виділяється серед інших, — «антропний принцип» «. Ми живемо у Всесвіті, який здатний підтримувати життя. Я знаходжу такий підхід не тільки несмачним, але й невиправданим «(Девід Гросс, Нобелівський лауреат з фізики 2004 року).

«Твердження, згідно з якими життя не може існувати за відсутності деяких конкретних характеристик відомого фізичного світу, для багатьох фізиків (у тому числі для мене) є порожній звук, оскільки ми й гадки не маємо, які різноманітні форми може приймати» «життя» «. Без наповнення цієї ідеї якимось конкретним змістом вона, схоже, лише використовує фізичні параметри як вхідні і відмовляється від можливості їх передбачення «(Андреас Албрехт, один з провідних космологів).

В. Кандинський. Кола в колі. 1923 рік

«Ретельно вивчивши аргументацію прихильників антропного принципу і обговоривши її з ними як особисто, так і за листуванням, я прийшов до однозначного висновку про те, що цей принцип ненауковий і його вплив тільки негативно. Оскільки він використовується для обґрунтування безперервних теорій, то може лише руйнівно впливати на прогрес науки. Слід вважати неприпустимим побудову будь-якої фундаментальної теорії на основі антропного принципу як прикладу відповідності спостереженням. Будь — які спроби такого роду, які нещодавно робилися, наприклад, в теорії струн, свідчать лише про глибоку кризу цієї теорії і ризикують вивести її за межі того, що ми називаємо наукою «(Лі Смолін, директор канадського Інституту теоретичної фізики» Периметр «, один з творців теорії петлевої квантової гравітації).

Є й більш помірковані люди. Наприклад, Стівен Вайнберг. «Якось, прямуючи на конференцію, я побачив в аеропорту журнал, на обкладинці якого красувалося: «Чому ми живемо в мультивселеній» «. Там я прочитав, що Мартін Ріс настільки впевнений в наявності мультивселеної, що готовий поставити на кін життя свого собаки. А Андрій Лінде заявив, що він навіть готовий прозакладати власне життя. Що стосується мене, то я впевнений у мультивселеній лише настільки, щоб поставити на кін як життя Андрія Лінді, так і життя собаки Мартіна Ріса «.

У статті Валерія Рубакова і Бориса Штерна згадувався резонанс ядра вуглецю, передбачений Фредом Хойлом. Без цього феномену у Всесвіті не було б вуглецю, кисню і багатьох інших важких елементів (знову умовне нахилення). Дехто вважає це демонстрацією, нехай поки і єдиною, передбачувальної сили антропного принципу. Як згадував у 1972 році американський фізик Вільям Фаулер, в лабораторії якого це передбачення було перевірено і підтверджено: «Це було неймовірно! У лабораторію [1953 року] приходить хтось і пророкує існування збудженого стану ядра; ми проводимо експеримент і знаходимо його. Жоден ядерний фізик, виходячи зі своєї теорії, не міг зробити нічого подібного, та й донині не може. Його здогадка приголомшувала. Після тріумфу Хойла — передбачення резонансного рівня вуглецю на основі суто астрофізичних уявлень — ми стали ставитися до нього з усією серйозністю «. Як бачимо, йдеться про суто астрофізичні уявлення, а аж ніяк не про антропний принцип. За серію робіт у цьому напрямку Фаулер був удостоєний Нобелівської премії з фізики за 1983 рік. Хойл залишився за бортом.

Сам Хойл, схоже, ставився до антропного принципу з підозрою. Він вказував, що цей принцип має передбачувальну силу тільки в рамках теорії Великого вибуху, оскільки з нього випливало, що «епоха нашого існування обмежена межами від 10 мільйонів до 30 мільярдів років, і якщо вірити у Великий вибух, то це досить суттєве передбачення». Іншого разу він висловився так: «Заявляти, що Всесвіт повинен бути таким, щоб ми могли в ньому існувати, — це трюїзм. Не Всесвіт повинен бути таким, щоб ми могли в ньому жити, а ми повинні бути такими, щоб існувати в ньому. По-моєму, антропний принцип ставить проблему з ніг на голову «.

Над Хойлом у нас прийнято посміюватися, адже його стаціонарна теорія, на загальну думку, повністю спростована, і його пам’ятають в основному тому, що це він дав таке звучне ім’я теорії-конкуренту нібито з знущанням. Сам Хойл, який вперше вжив цей вислів у радіолекції 1950 року, запевняв, що йому лише був потрібен яскравий образ і нічого більше він на увазі не мав. До того ж задовго до нього, ще в 1929 році, слово bang стосовно гіпотетичного моменту творіння використовував в одній зі своїх книг Артур Еддінгтон.

Зі спростованої стаціонарної теорії тим не менш ще в 1960-ті роки слідували цікаві результати: прискорене розширення Всесвіту, незбереження баріонного числа (коли всі були впевнені у зворотному), зачатки інфляційної моделі і навіть аналог мультивселеної — бульбашки простору з різними фізичними властивостями. Навряд чи хтось тепер про це пам’ятає [7].

1. Obituary. Claude Shannon (1916-2001 )//Nature, 410, 768, 2001.2

.Рубаков В., Штерн Б. Антропний принцип//ТрВ-Наука № 262 від 11 вересня 2018 року, с. 1-2.3.

Barrow J. D., Tippler F. J. The Anthropic Cosmological Principle. Oxford University Press, 1986.4.

Carr B., Rees M. The anthropic principle and the structure of the physical world // Nature, 278, 605, 1979.5.

Мартін Ріс Всього шість чисел. Уривки з книгі6.

Universe or Multiverse? / ed. by B. Carr. Cambrige: Cambridge University Press, 2007.7.

Мацарський В.Сер Фред Хойл і драма ідей. М., Іжевськ: РХД, 2015.