Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной

Никто, наверное, не станет спорить, что вопрос «Существует ли внеземной разум?» – один из самых интересных в современной науке. Этот весьма правомерный вопрос проистекает из одного важного соображения: качества нашей Вселенной и законы [444], которым она подчиняется, допускают возникновение сложных форм жизни. Очевидно, биологические характеристики людей во всем зависят от качеств Земли и особенностей ее истории, однако для материализации любой формы разумной жизни, судя по всему, абсолютно необходимы определенные базовые условия. Например, к числу таких логичных и общих для всех условий относятся галактики, состоящие из звезд, и планеты, вращающиеся по орбитам вокруг некоторых из этих звезд. Подобным же образом нуклеосинтез в недрах звезд должен производить строительные кирпичики жизни – атомы вроде углерода, кислорода и железа. Кроме того, Вселенная должна обеспечивать достаточно благоприятную среду обитания в течение достаточно долгого времени, чтобы эти атомы успели скомбинироваться в сложные молекулы, необходимые для возникновения жизни, и чтобы первобытная жизнь успела развиться до «разумной» фазы.

В принципе, можно представить себе «возможные Вселенные», не способствующие возникновению сложных структур. Представим себе, скажем, Вселенную, где законы природы такие же, как у нас, и все «природные постоянные» имеют те же значения, за исключением одной. То есть электромагнитные, ядерные и гравитационные взаимодействия происходят точно так же, как в нашей Вселенной, и соотношения масс элементарных частиц точно такие же. Однако значение одного-единственного параметра – космологической постоянной – в этой гипотетической Вселенной в тысячу раз больше. В такой Вселенной отталкивающая сила, связанная с космологической постоянной, привела бы к такому стремительному расширению, что галактики не успели бы сформироваться.

Как мы убедились, вопрос, унаследованный от Эйнштейна, звучит так: зачем нам вообще нужна космологическая постоянная? Современные физики переформулировали его следующим образом: почему пустое пространство должно служить источником отталкивающей силы? Однако благодаря обнаружению расширения с ускорением сейчас мы задаем вот какой вопрос: почему космологическая постоянная (или сила, испускаемая вакуумом) так мала? Еще в 1987 году, на заре всех прежних неудачных попыток поймать неуловимую энергию пустого пространства, физик Стивен Вайнберг задал очень смелый вопрос из разряда «А что, если» [445]. А что, если на самом деле космологическая постоянная не фундаментальная (то есть объяснимая в рамках «теории всего»), а случайная ? Представьте себе, что существует огромная совокупность Вселенных – «множественная Вселенная», – и космологическая постоянная в разных Вселенных, ее составляющих, принимает разное значение. Некоторые Вселенные – например, та «возможная Вселенная», о которой мы говорили выше, где лямбда больше в тысячу раз, – не допускают создания сложных структур и возникновения жизни. Люди, естественно, должны были появиться только в одной из «биофильных» Вселенных. В таком случае, невозможно создать великую всеобщую теорию, которая позволяла бы вычислить значение космологической постоянной, которое мы измерили по данным наблюдений. Ее значение определялось бы одним простым условием: оно должно попадать в диапазон, допускающий возникновение человека. Во Вселенной, где космологическая постоянная слишком велика, не будет никого, кто задался бы вопросом о ее величине. Физик Брэндон Картер, первым выдвинувший подобного рода доводы в 1970 годы, назвал их «антропным принципом» [446]. А попытки определить совокупность условий, необходимых для возникновения жизни, называются «антропной аргументацией». При каких же обстоятельствах мы можем попытаться применить эту аргументацию для объяснения значения космологической постоянной?

Чтобы антропная аргументация имела смысл, она должна опираться на три основных допущения.

1) Наблюдения подвержены эффекту селекции – фильтрации физической реальности, – хотя бы по той простой причине, что их проводят люди.

2) Некоторые номинальные «природные постоянные» на самом деле не фундаментальные, а случайные.

3) Наша Вселенная – всего лишь одна из огромной совокупности Вселенных.

Теперь очень кратко рассмотрим каждый пункт и попробуем оценить, насколько он применим к реальности.

Статистики боятся эффектов селекции как огня. Это искажение результатов, вызванное либо инструментами сбора, либо методом накопления данных. Приведу несколько простых примеров, показывающих, как действует этот эффект. Представьте себе, что вы хотите протестировать инвестиционную стратегию, изучив поведение большой группы пакетов акций на основании данных за двадцать лет. Возможно, у вас возникнет искушение включить в исследование лишь те пакеты акций, о которых у вас есть полная информация за все двадцать лет. Однако исключать те пакеты акций, которые ушли с биржи, значит искажать результаты: ведь это именно те пакеты акций, которые не выжили на рынке!

Во время Второй мировой войны математик Абрахам Вальд – еврей, уроженец Австро-Венгрии – продемонстрировал поразительное понимание сути эффекта селекции. Вальду поручили изучить данные о попаданиях вражеских снарядов в подбитые самолеты, возвращавшиеся с боевых вылетов, и дать рекомендации, какие части фюзеляжей надо дополнительно укрепить, чтобы повысить выживаемость самолетов [447]. К изумлению военного начальства, Вальд посоветовал добавить броню в места, куда снаряды, как казалось, практически не попадают. А дело в том, что он, в отличие от всех остальных, понял: пробоины, которые он видел, были на самолетах, которые все-таки вернулись с вылетов, а значит, при таких попаданиях самолет мог дотянуть до аэродрома. А следовательно, те самолеты, которые были сбиты, скорее всего, получили пробоины именно в тех местах, которые остались целыми у вернувшихся счастливцев.

Астрономы прекрасно знакомы с «эффектом Мальмквиста» [448](названным в честь шведского астронома Гуннара Мальмквиста, который в 1920 годы глубоко исследовал это явление). Когда астрономы исследуют звезды или галактики, их телескопы регистрируют излучение лишь начиная с определенной яркости. Однако объекты, обладающие большей абсолютной светимостью, можно наблюдать с более далекого расстояния. От этого возникает ложная тенденция увеличения средней абсолютной светимости с расстоянием – просто потому, что более тусклые объекты уже не видны.

Брендон Картер указал, что нельзя слишком полагаться на принцип Коперника – на тот факт, что мы не представляем собой ничего особенного в мироздании. Он напомнил астрономам, что наблюдения во Вселенной делают именно люди, а следовательно, не стоит удивляться, когда они обнаруживают, что свойства мироздания соответствуют условиям человеческого существования. Например, мы не могли бы обнаружить, что во Вселенной нет углерода, поскольку мы – форма жизни, основанная на углероде. Первоначально большинство исследователей решили, что антропная аргументация Картера – не более чем очевидная банальность. Однако в последние два-три десятилетия антропный принцип завоевал определенную популярность. Сегодня несколько ведущих теоретиков согласны с тем фактом, что в контексте множественной Вселенной антропная аргументация может привести к естественной разгадке тайны космологической постоянной, которая до сих пор ставит всех в тупик. Вкратце это выглядит так: если бы лямбда была гораздо больше, как, судя по всему, требуют некоторые вероятностные соображения, то вселенское ускорение пересилило бы гравитацию до того, как успели бы образоваться галактики. Тот факт, что мы здесь, в галактике Млечный Путь, разумеется, делает нас предвзятыми: значение космологической постоянной в нашей Вселенной должно быть низким.