Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Теперь представим себе, что в этой параллельной реальности обнаруживается, что жизнь, похожая на земную, более или менее распространена. Она встречается довольно часто, однако все же не на всех подходящих планетах, и не настолько необычна, чтобы существовать лишь в отдельных галактиках, скупо разбросанных по просторам Вселенной. Как тогда быть с доводами о тонкой настройке, укорененными в антропных космологических представлениях? Прежде всего, в этом случае подобные вопросы, скорее всего, не пришли бы нам в голову. Это будто интересоваться, почему в мире именно столько видов улиток. Но даже если бы мы задали этот вопрос, в такой гипотетической реальности проблема настройки стояла бы не столь остро.

Было бы всего-навсего понятно, что эта Вселенная подходит для зарождения жизни, однако это не вопрос особого космического предназначения живых существ – просто в первобытном бульоне есть относительно плодородный участок, в котором иногда случайно зарождается что-то дельное. Разумеется, ответ может лежать в широком диапазоне между двумя крайностями: на одном его конце – жизнь, которая представляет собой столь редкостную диковину, что за 14 миллиардов лет она зародилась всего один раз, на другом – жизнь, которая кишмя кишит во Вселенной и заполонила всевозможными своими разновидностями все планетные системы.

В первом случае мы едва ли сочли бы, что эта Вселенная хорошо подходит для зарождения жизни, а очевидное совпадение физических параметров с условиями, необходимыми для ее появления, показалось бы нам просто жестокой шуткой. А во втором случае решили бы, что жизнь просто очень трудно искоренить. Может быть, мы даже задались бы вопросом, возможен ли такой набор физических законов (и представить себе трудно!), при котором зарождение жизни исключено.

Шучу, конечно; однако в каждой шутке есть доля правды, и здесь нужно подчеркнуть два очень важных соображения. Первое тривиально и состоит в том, что вопросы, которыми мы задаемся, – сами по себе прямая функция того, что нам уже удалось пронаблюдать в своем окружении. Второе более существенно: ведь мы, в отличие от обитателей той Земли с альтернативной астрономической историей, которую я выдумал, пока не знаем, какой из вышеизложенных сценариев разыгрывается во Вселенной. А пока не узнаем, ни тонкая настройка, ни антропный принцип не особенно помогут нам определить собственный статус.

Особенно это верно, если считать, что тонкая настройка однозначно определяет, быть нам или не быть. А между тем возможно, что существует проблема «грубой настройки», а тонкая настройка – это всего лишь один из заключенных в ней частных случаев. Я имею в виду, что в моем вымышленном примере вопрос, подходит ли Вселенная для возникновения жизни, не сводится к «все или ничего». Ответ на него лежит в некотором диапазоне фертильности и вероятности. В сущности, я считаю, что в антропной аргументации заложено предположение, что жизнь слаба и капризна: ей нужно, чтобы все сложилось идеально, а иначе она не зародится.

Однако обильные и яркие палеонтологические свидетельства говорят нам, что жесткий естественный отбор на нашей родной Земле позволил жизни самой осуществлять тонкую настройку [42] Примечательно, что это соображение неоднократно высказывал великий американский палеонтолог и эволюционный биолог Стивен Джей Гулд. Это интересная точка зрения. К тому же мне интересно, что бы мы подумали, если бы обнаружили в космосе места, идеально подходящие для жизни в том виде, в каком мы ее понимаем, и при этом бесплодные. к окружающей среде. И жизнь как-то пробила себе дорогу благодаря обилию разнообразных сложных химических веществ и жизненно важных элементов, а также различных источников энергии. Да, конечно, все эти обстоятельства определяются фундаментальными законами нашей Вселенной. Однако жизнь на Земле стала настолько разнообразной, что может задействовать целый ряд вторичных биохимических стратегий, не полагаясь на какую-то одну.

То, что жизни для зарождения и сохранения нужна не просто приблизительно подходящая, «черновая» среда, не так уж очевидно. Так что подлинная космологическая тонкая подстройка должна сводиться скорее к созданию обстановки, в которой жизни относительно легко возникнуть, – и я пока не стану проводить различий между разумной и «просто» жизнью, поскольку жизнь в любой ее форме отнюдь не проста.

Такая точка зрения не противоречит исследованиям совпадений физических постоянных и других величин, в число которых входит, в частности, соотношение массы и энергии во Вселенной. В большинстве подобных случаев есть некоторый простор для маневра, и это можно показать на примере выработки химических элементов в результате ядерного синтеза в недрах больших звезд.

В первой половине ХХ века ученые обнаружили, что условия в недрах звезд обеспечивают синтез атомных ядер, а их мощная энергия позволяет выковывать все более и более тяжелые элементы. Однако разобраться в собственно механизме звездного нуклеосинтеза оказалось непросто, и в начале 1950-х годов британский физик Фред Хойл [43] Хотя Хойл выдвинул эту идею еще в 1953 году, статья, где он предложил свои подсчеты выработки углерода в звездах, вышла в 1954 году ( Fred Hoyle . On Nuclear Reactions Occurring in Very Hot Stars. I. The Synthesis of Elements from Carbon to Nickel. Astrophysical Journal Supplement 1 (1954): 121–46). понял, что с выработкой углерода возникают некоторые сложности. В то время едва зародившиеся теории звездного нуклеосинтеза предполагали, что в звездах вырабатывается относительно мало углерода. Однако Хойл заметил, что поскольку мы созданы из молекул, содержащих углерод, значит, во Вселенной должен быть способ генерировать его в изобилии. Это загадочное противоречие подтолкнуло Хойла к открытию процесса синтеза углерода.

Хойл обнаружил, что углерод формируется во Вселенной в достаточном количестве благодаря одному интересному явлению. Энергия, которая возникает на одной из стадий процесса, когда в недрах звезд сливаются три ядра гелия, почти точно совпадает с энергией ядра углерода в возбужденном состоянии – естественного продукта этого слияния. Это соответствие приводит к возникновению так называемого ядерного резонанса – гармонизации энергетических состояний, которое мощно подхлестывает производительность ядерной реакции: потому-то и получается, что звезды создают очень много углерода, а вовсе не крошечное его количество.

Долгое время ядерный резонанс считался одним из самых сильных доводов [44] В последующие годы возникли некоторые разногласия по поводу того, действительно ли Хойл руководствовался антропным принципом или всего лишь пытался разобраться, как звезды могут вырабатывать углерод. См., например, Helge Kragh . An Anthropic Myth: Fred Hoyle’s Carbon-12 Resonance Level. «Archive for History of Exact Sciences» 64 (2010): 721–51. Кроме всего прочего, Хельге Краг пишет и о том, как физик Ли Смолин опроверг «углеродный» довод в пользу антропного принципа – примерно так же, как я критиковал антропный принцип, когда излагал альтернативную историю про Галилея. в защиту антропного принципа: существование углерода и жизни, основанной на углероде, само по себе предполагает наличие этого особого процесса в звездах. Да, это так, но лишь в определенной степени: дьявол, как всегда, кроется в мелочах. Теперь мы знаем, что для производства углерода не обязательно, чтобы ядерные энергии совпадали так уж точно: есть определенный простор для маневра, так что тонкая настройка, оказывается, не такая уж и тонкая [45] На это указывали несколько ученых, в том числе физик Стивен Вайнберг. Кроме того, изучение разных энергетических уровней, через которые может вырабатываться углерод-12, показывает, что сдвиги величиной до 60 кэВ, возможно, почти не влияют на количество вырабатываемого углерода. См. статью Mario Livio et al. The Anthropic Significance of the Existence of an Excited State of C-12. Nature 340 (1989): 281–84. . То же самое можно сказать о многих параметрах тонкой подстройки. Да, все сложилось удачно, но даже если бы некоторые величины были слегка иными, условия для возникновения жизни в том виде, в каком мы ее знаем, все равно оказались бы подходящими.