Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

К концу XIX века наши представления о Вселенной претерпели серьезные изменения и охватили куда более обширную территорию. Стало уже общепринятым, что звезды невероятно далеки от Солнца, – астрономы подтвердили этот факт, добившись, наконец, успеха в измерении едва заметных параллаксов, вызванных годичным перемещением Земли в пространстве. Кроме того, в нашей Солнечной системе открыли новые планеты – от Урана и Нептуна, таящихся в темных глубинах космоса, до космических тел меньшего размера, однако значительной массы, например, Цереры и Весты [29] По современной номенклатуре Церера (950 км в диаметре) считается карликовой планетой, а Веста (ок. 560 км) – астероидом или малой планетой. , расположенных сразу за орбитой Марса.

А исследования спектра космического света начали приоткрывать завесу тайны над химическим составом внеземных объектов, в том числе над составом Солнца, и в результате, в частности, был открыт гелий [30] Его присутствие выдала ярко-желтая «линия» спектра солнечного света, которую впервые увидели в 1868 году. К 1895 году гелий был выделен из земных минералов. .

Однако оставались без ответа другие важнейшие вопросы: имеет ли Вселенная пределы в пространстве и даже во времени? Ограничивается ли она россыпью звезд, которую мы именуем Млечным Путем, или другие маленькие туманные пятнышки, например, Андромеда, представляют собой своего рода «островные Вселенные» – другие галактики?

В первые три десятилетия ХХ века произошел настоящий переворот в науке и технике – человечество совершило череду сенсационных открытий. Историю этой научной революции пересказывали уже миллион раз: теория относительности Альберта Эйнштейна, измерение подлинных масштабов космоса и понимание природы галактик, зарождение и развитие квантовой механики. Все это породило радикально новые представления о природе, которые позволили объединить свойства и огромного, и микроскопического, и быстрого, и высокоэнергичного – и увидеть изнанку самой реальности. Однако эти открытия неизбежно вошли в противоречие с общепринятыми представлениями о нашем месте в мироздании – и опровергли их.

Из гелиоцентрической модели Коперника следовало, что Вселенная должна выглядеть более или менее одинаково независимо от того, на какой планете стоишь. Очевидное обобщение гласит, что вся Вселенная должна выглядеть более или менее одинаково независимо от того, где находится наблюдатель – в нашей Солнечной системе или в какой-то другой, в нашей Галактике или в десятках миллионов световых лет от нас. Примерно после 1915 года для Эйнштейна это предположение стало вполне приемлемым с философской точки зрения и позволило применить его общую теорию относительности к Вселенной в целом, что привело к появлению так называемого космологического принципа [31] Строго говоря, это был современный космологический принцип. Идеи, которые легли в его основу, восходят к Ньютону. В 1920-е годы и Александр Фридман, и – независимо – Жорж Леметр (первый, кто предположил, что Вселенная расширяется) решили уравнения общей теории относительности, чтобы определить динамику Вселенной, которая была одновременно и гомогенна, и изотропна. Позднее то же самое проделали Говард Робертсон и Артур Уокер, и в результате возникла так называемая метрика Фридмана – Леметра – Робертсона – Уокера – в сущности, матрица, описывающая отношения пространственно-временных координат во Вселенной. .

Здесь нам придется прибегнуть к несколько более ученым словам: согласно этому принципу Вселенная гомогенна . Да, в ней может быть множество мелких асимметрий, например, скопления звезд и галактик, однако независимо от того, где находится наблюдатель, эти островки и кучки распределены примерно одинаково. Примерно как земной ландшафт: где-то горы, где-то сплошной океан, однако в среднем – в очень грубом приближении – везде наблюдаешь примерно одинаковые сочетания суши и воды. Если, подобно Эйнштейну, применить обобщенную теорию пространства и времени ко Вселенной в целом, такая точка зрения очень полезна.

Кроме того, нужно было предположить, что Вселенная изотропна, то есть она должна выглядеть одинаково, если смотреть из любого места в любом направлении. Эту идею усвоить несколько сложнее. В конце концов, едва ли мы вправе утверждать, что мир или Солнечную систему мы воспринимаем именно так – и даже межзвездное ночное небо полно крупных неоднородностей: возьмем хотя бы ленту Млечного Пути. Однако на масштабах намного крупнее нашей Галактики количество и расположение небесных тел в любом направлении должно быть более или менее одинаковым.

Впервые этот космологический принцип совместили с идеями Коперника в начале 50-х годов ХХ века, когда знаменитый физик австрийского происхождения Герман Бонди [32] Герман Бонди (1919–2005), английский физик австрийского происхождения, в 1948 году вместе с Томасом Голдом и Фредом Хойлом работал над теорией стационарной Вселенной и сделал целый ряд важных открытий в астрофизике и теории относительности. Принцип Коперника описан в его книге Hermann Bondi, Cosmology (Cambridge: Cambridge University Press, 1952). Я имел удовольствие слушать его лекцию в Кембридже, когда был студентом-магистрантом. Лекция была чудесная. применил словосочетание «космологический принцип Коперника» при обсуждении космологической модели под названием «теория стационарной Вселенной» (впоследствии было показано, что модель эта ошибочна).

Как следует уже из названия, теория стационарной Вселенной предполагает, что Вселенная вечна и не имеет ни начала, ни конца. Чтобы сделать эту модель более удобоваримой, Бонди провозгласил еще более строгий принцип: Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях для любого наблюдателя не просто в любом месте, но и в любой момент. Хотя теперь мы понимаем, что Вселенная наша отнюдь не стационарна, космологический принцип Коперника подкрепил общую идею, что наше место в космосе совершенно заурядно, в нем нет ничего выдающегося – ни в пространстве, ни во времени.

В середине ХХ века многие отрасли науки – от космологии до микробиологии и генетики – прогрессировали семимильными шагами, появилось несколько поколений необычайно авторитетных ученых. Однако становилось все очевиднее, что сама Вселенная эволюционирует, что она очень разнообразна, – и сразу несколько человек независимо отметили некоторые странные совпадения в значениях фундаментальных физических постоянных. Речь идет о числах, которые описывают, например, силу гравитации или массу субатомных частиц, а в особенности – оценивают возраст космоса. Между определенными сочетаниями этих чисел возникли неожиданные соотношения. Скажем, отношение гравитационной и электрической сил, в которое входят константы, описывающие силу гравитации, и массы и заряды электронов и протонов, примерно равно 10. Это число удивительно напоминает нынешнюю оценку возраста Вселенной, если выразить ее в атомных единицах времени (одна такая единица примерно равна 2 ´10 39–17с [33] Отношение электрической и гравитационной сил между электроном и протоном равно примерно 2  ´ 10 39 , но возраст Вселенной составляет примерно 4,4  ´ 10 17 с, а атомная единица времени – 2,4  ´ 10 –17 с, так что возраст Вселенной в этих единицах примерно равен 1,8  ´ 10 34 , что в 100000 раз меньше, чем отношение сил 2  ´ 10 3 9 . – Прим. науч. ред. ) – первым на это указал физик Поль Дирак [34] Поль Дирак (1902–1984). Английский физик, выдвинувший первую состоятельную теорию релятивистской квантовой механики (за что и получил Нобелевскую премию в 1933 году совместно с Эрвином Шредингером). В 1937 году предложил «гипотезу больших чисел», указав на разнообразные «совпадения» в отношениях размеров Вселенной к размерам элементарных частиц, а также в отношениях сил различных масштабов. . Но как же эти незыблемые константы связаны с возрастом Вселенной на данный момент ?! В далеком – в космических масштабах – прошлом или будущем соотношение, разумеется, было бы уже другим. Более того, в другой момент по космическому времени, вероятно, сложились такие условия, которые исключали появление разумной жизни, поэтому заметить подобные совпадения было бы попросту некому! Это была довольно-таки мерзкая ложка дегтя в бочке меда принципа Коперника, поскольку из нее следовало, что в нашем нынешнем положении в пространстве-времени, а также в нынешних условиях во Вселенной все же есть нечто особое.