Антропный принцип
Наша Вселенная имеет уникальный набор физических параметров, за счет которых возможно появление жизни, и у нее есть тонкая настройка этих параметров. Фундаментальные константы имеют идеально точные величины. В противном случае возникновение жизни и эволюция невозможны. В науке это утверждение известно под термином «антропный принцип».
Константы фундаментальных физических параметров (например, массы элементарных частиц, константы взаимодействий и т. п.) на первый взгляд выглядят так, будто у них нет какой-либо закономерности. Просто имеют такие значения, без какой-либо логики. Но стоит лишь чуть изменить эти параметры, как мир в привычном нам понимании исчезнет. В нем станет невозможным появление жизни в сложной и тем более разумной форме.
Получается, наш мир – хрупкая конструкция. Его математика подобрана идеальным образом, чтобы в этом мире могла возникнуть разумная жизнь. При других параметрах звезды будут существовать всего по несколько миллионов лет. За такой краткий промежуток они не смогут накопить более тяжелые вещества, включая углерод, необходимый для жизни. Получится пус-той скучный мир.
Масса нейтрона очень маленькая, но если бы она была легче хотя бы на десятую долю процента, атомы водорода мгновенно превращались бы в нейтроны. При отсутствии водорода никаких полноценных звезд не было бы возможно в принципе. Увеличить массу нейтрона хотя бы на минимум тоже нельзя: невозможны будут стабильные ядра и химические вещества из таб-лицы Менделеева в принципе.
Соотношение масс электрона, протона и нейтрона вместе с электромагнитной постоянной будто идеально подогнаны друг к другу. Именно от них зависят плотность веществ и само существование сложной химии, а вместе с ней – планет и органических соединений, необходимых для жизни.
То же касается и геометрии нашего мира. Если бы пространство было не трехмерным, а многомерным, орбиты планет не смогли бы быть устойчивыми. Электроны падали бы на ядра, и мы получили бы нейтронное вещество. То есть при изменении физических параметров мы не просто получаем другой мир – мы получаем мир, в котором в принципе невозможна жизнь!
Есть две формулировки антропного принципа.
Слабый антропный принцип
Мы видим этот мир, потому что во вселенных с другим набором физических параметров нет наблюдателя, который может его увидеть.
Наша Вселенная могла бы быть и иной, но тогда было бы невозможно появление в ней человека, который смог бы задавать подобные вопросы.
Сильный антропный принцип
Наша Вселенная должна была получить физические параметры, которые сделали возможным появление жизни.
Обе формулировки антропного принципа предполагают, что законы физики в принципе могут быть другими в других вселенных. Или могли бы быть другими изначально в нашей Вселенной.
И вот тут мы приходим к вопросу: как так идеально все сложилось? Антропный принцип относится к сфере не физики, а философии.
Здесь вопросы науки в традиционном ее понимании заканчиваются, начинаются вопросы веры. Либо есть Бог, который это запустил, либо случай. Бог в данном случае может быть кем угодно: изначальным законом (как бы ДНК Вселенной), христианским или мусульманским… Но это некий Разум, который запустил процесс именно таким образом.
Второй подход – материалистический, он гласит, что набор физических параметров, идеальных для жизни, появился случайно. Просто была возможность попробовать миллиарды триллионов раз. И рано или поздно, согласно теории вероятности, должен был появиться наш мир.
Нам очень сложно поверить в такой случай. Такова уж человеческая природа: мы во всем склонны видеть закономерности. А наш мир устроен слишком идеально, чтобы это было простым совпадением. Поэтому парадокс, вызванный антропным принципом, заставляет нас по-новому взглянуть на гипотезу мультивселенных (подробнее о мультивселенных речь пойдет в четвертой части).
Получается, что место, где появились люди, в любом случае является привилегированным. И тут нет ничего необычного. Если гипотеза мультивселенных верна, то каждая из таких вселенных обособлена и идет по своему пути. И со своим уникальным набором физических параметров. Просто в тех вселенных, где константы другие, нет наблюдателя, способного оценить чудо своего мира.
Что ж, антропный принцип во многом завязан на специфику человеческого сознания. Мы везде ищем логику и гармонию. И удивляемся идеальному устройству нашего мира. Это как если бы вода в луже удивлялась тому, что форма углубления точно соответствует ее собственному объему. А ведь вода просто заполнила весь доступный объем, что у нее был.
Глава 14Какая форма у нашей вселенной
Плоскоземельщиков еще не всех победили, а тут – новая плоскость в нашем мире. Да еще и такая масштабная!
При слове «Вселенная» большинство рисует в воображении бесконечную сферу, где галактики распределены более или менее равномерно. Однако, по данным современной астрофизики, это не так. По форме Вселенной до сих пор ведутся дискуссии, но большинство астрофизиков разделяют гипотезу «плоской Вселенной». Возникает резонный вопрос: как же так? Ведь когда мы смотрим в небо, мы видим, что звезды распределены по всей небесной полусфере. О какой же плоскости может идти речь?
Если на Землю мы можем посмотреть со спутников и МКС и убедиться, что она шар, то быть внешними наблюдателями и также взглянуть со стороны на Вселенную мы не можем. Открытым остается вопрос трехмерной топологии пространственного сечения Вселенной.
Проще говоря, какая геометрическая фигура лучше всего опишет, какой формы наша Вселенная? Ни одна из современных физических теорий, включая общую теорию относительности, не может дать нам однозначный ответ на этот вопрос.
Почему астрофизики называют вселенную плоской
Конечно, речь не идет о том, что Вселенная выглядит плоской, как бумажный лист формата А4. Вселенная обладает трехмерной плоскостностью. Это означает, что пространство во все стороны подчиняется евклидовой геометрии. То есть оно прямое, а не искривленное.
Есть разница между математическими определениями плоского и изогнутого и повседневными определениями плоского и изогнутого. С точки зрения математики плоскостным будет пространство, где сумма углов треугольника равна 180 градусам.
Формы пространства в зависимости от параметра кривизны. Иллюстрация
Меридианы на глобусе. Иллюстрация
Если мы возьмем любые три точки во Вселенной и сложим из них треугольник, а затем посчитаем сумму его углов, она будет равна 180 градусам. Этого бы не случилось, если бы пространство было искривленным.
Если мы возьмем две параллельные прямые, то в бесконечности они не пересекутся. Это значит, что пространство не искривлено.
Представьте себе две параллельные прямые на шаровидной поверхности. Они не смогут вечно идти параллельно друг другу – они обязательно пересекутся. Как меридианы, которые пересекают экватор под прямым углом и в этом месте параллельны друг другу. Но на полюсах они все пересекаются.
Космическая обсерватория Планка собрала данные по реликтовому излучению, включая его температуру, линзирование и поляризацию. И оказалось, что его параметр кривизны практически нулевой: ΩK = –0,004.
Возможно, на этапе своего возникновения Вселенная была с очень большой кривизной, однако со временем, расширяясь, она стала плоской.
Массивные объекты искривляют пространство. Как же вселенная остается плоской?
Теория относительности говорит нам о том, что пространство искривлено. И это экспериментально подтвержденная теория. Однако искривляется оно не само по себе, а вблизи массивных объектов.
По факту, плоскость Вселенной означает однородность распределения вещества. Однако вещество во Вселенной в локальных участках распределено неоднородно. Есть пустоты, где плотность галактик в тысячи раз меньше, чем в среднем по Вселенной. А есть, наоборот, точки, где концентрация галактик намного выше, – например, Великий аттрактор и сверхскопление Шепли. Они настолько плотны и велики, что вокруг них начинают вращаться другие галактики, как наша Земля вращается вокруг Солнца. Но все это происходит лишь в небольших масштабах.
На больших расстояниях – например, от 200 миллионов световых лет – вещество во Вселенной распределено однородно по всем направлениям. Аналогичная ситуация и с искривленным пространством. Локально массивные объекты могут искривлять пространство-время. Именно локально!
Когда ученые говорят о том, что Вселенная – плоская по форме, речь идет о больших масштабах, без учета локальных изменений. Что ж, именно так устроена наша Вселенная по данным современной науки. В следующей части книги мы разберем физические законы, лежащие в ее основе.
Часть IIIФизика Вселенной
В этой части мы разберем основные физические вопросы, связанные с космосом.
Средневековые ученые считали, что есть два вида сил. Первая тянет предметы вниз. Вторая отвечает за движение космических объектов. Именно потому, что эта сила – другая, Луна не падает на Землю, учили они.
Исаак Ньютон был первым, кто убедительно доказал, что в основе этих сил находится единый механизм. Гравитация! Законы Ньютона прекрасно работают применительно к земным объектам, довольно точно описывают и предсказывают большинство явлений в Солнечной системе. Однако вблизи массивных объектов и при движении со световыми скоростями законы Ньютона неприменимы.
Глава 15Теория относительности
Говорить о космосе без теории относительности – это как пытаться идти на современную войну со средневековым оружием. Смотрится эффектно, но абсолютно непрактично.
Общая теория относительности Эйнштейна вводит в наше трехмерное пространство четвертое измерение – время. Мы живем в четырехмерном пространстве. То есть кроме классических осей координат X, Y, Z существует еще и временная ось – T. Когда объект движется, время его течет иначе. Оно начинает замедляться. То же самое происходит и при движении вблизи объектов с большой массой, которые оказывают гравитационное воздействие. Получается, что время и пространство тесно связаны друг с другом. Просто мы в обычной жизни этого не замечаем, ведь все объекты на Земле находятся в одинаковом едином гравитационном поле Земли. Да и скорости у нас далеки от скорости света, поэтому эффект замедления времени не так заметен.