Стивен Хокинг - Высший замысел

Первый шаг к появлению этих элементов был сделан, когда более старые звезды начали накапливать гелий, получающийся при столкновении двух водородных ядер и происходящем затем их слиянии друг с другом. Это совершается в недрах звезд, и таким образом создается энергия, которая нас согревает. Два атома гелия, в свою очередь, тоже могут столкнуться и образовать атом бериллия с четырьмя протонами в ядре. Когда же появился бериллий, он вполне мог бы слиться с третьим ядром гелия, создав углерод. Но этого не происходит, так как получившийся изотоп бериллия почти сразу же снова распадается на два ядра гелия.

Картина меняется, когда у звезды начинает заканчиваться водород. Когда это происходит, ядро звезды сжимается до тех пор, пока температура в его центре не достигнет примерно ста миллионов градусов Кельвина. При этих условиях ядра атомов сталкиваются друг с другом столь часто, что некоторые ядра бериллия, еще не успев распасться, встречаются с ядрами гелия. Тогда бериллий может слиться с гелием и образовать стабильный изотоп углерода. Но этому углероду предстоит еще долгий путь, чтобы сформировать упорядоченные структуры химических соединений такого типа, которые могли бы наслаждаться бокалом бордо, жонглировать горящими факелами или задаваться вопросами о Вселенной. Для существования таких созданий, как люди, углерод должен переместиться из недр звезд в более благоприятные места. Это происходит, как мы уже сказали, когда звезда в конце своего жизненного цикла взрывается как сверхновая, выбрасывая углерод и другие тяжелые элементы, которые потом конденсируются в планеты.

Этот процесс создания углерода называется тройным альфа-процессом (или тройной гелиевой реакцией), поскольку альфа-частица — другое название ядра изотопа гелия, участвующего в этом процессе, а для того чтобы реакция произошла, требуется слияние трех из них. В соответствии с обычной физикой скорость образования углерода в тройном альфа-процессе должна быть очень низкой. Отмечая это, в 1952 году Хойл предсказал, что суммарная энергия бериллия и ядра гелия должна быть почти в точности равна энергии определенного квантового состояния образовавшегося изотопа углерода. Такое явление, называемое ядерным резонансом, многократно ускоряет процесс ядерной реакции. В то время подобный уровень энергии был неизвестен, но, основываясь на предположении Хойла, американский астрофизик Уильям Фаулер (1911–1995) из Калифорнийского технологического института стал искать и нашел его, обеспечив важную поддержку взглядам Хойла на то, как были созданы сложные ядра.

Хойл писал: «Я не верю, что любой ученый, исследующий факты, будет не в состоянии сделать вывод о том, что законы ядерной физики были сознательно разработаны применительно к последствиям того, что они вызывают внутри звезд». В то время никто не знал ядерную физику достаточно хорошо, для того чтобы понять, сколь велика была интуитивная прозорливость, приведшая к этим точным физическим законам. Но исследуя правомерность сильного антропного принципа, физики в последние годы начали задаваться вопросом, как выглядела бы Вселенная, если бы законы природы были иными. Сегодня мы можем создать компьютерные модели, которые говорят нам о зависимости скорости тройного альфа-процесса от величины фундаментальных взаимодействий (сил) в природе. Такие вычисления показывают, что при изменении величины сильного ядерного взаимодействия всего на 0,5 % или электромагнитной силы на 4 % во всех звездах был бы разрушен почти весь углерод либо же весь кислород, а следовательно, утратилась бы возможность возникновения жизни в том виде, какой известен нам. Измените законы нашей Вселенной лишь на самую малость, и условия для нашего существования пропадут!

Тройной альфа-процесс. Углерод образуется в недрах звезд при столкновении трех ядер гелия. Такое событие было бы весьма маловероятным, если бы не особенность законов ядерной физики.

Рассматривая модель вселенных, которую мы создали, изменив определенным образом физические теории, можно методическим путем изучить эффект изменений физического закона. Оказывается, по индивидуальному заказу для нашего существования созданы не только сильные ядерные взаимодействия и электромагнитная сила. Большинство фундаментальных констант, фигурирующих в наших теориях, выглядят точно настроенными в том смысле, что если изменить их на совсем незначительные величины, то Вселенная была бы качественно другой и во многих случаях непригодной для развития жизни. Например, если другая ядерная сила — слабое ядерное взаимодействие — была бы намного слабее, то в ранней Вселенной весь водород, имевшийся в космосе, превратился бы в гелий, и потому не было бы нормальных звезд; а если эта же сила оказалась бы намного сильнее, то взрывающиеся сверхновые звезды не сбрасывали бы свою внешнюю оболочку и таким образом не могли бы засеивать межзвездное пространство тяжелыми химическими элементами, которые требуются планетам для создания жизни. Будь протоны на 0,2 % тяжелее, они распадались бы на нейтроны, дестабилизируя атомы. Если бы суммарная масса тех «сортов» (или, как говорят физики, «ароматов») кварков, из которых состоят протоны, изменилась всего на 10 %, то было бы гораздо меньше стабильных атомных ядер, из которых мы сделаны. Фактически же суммарные массы кварков выглядят примерно оптимальными для существования наибольшего числа стабильных ядер.

Если предположить, что для развития жизни на планете необходимо, чтобы несколько сотен миллионов лет планета находилась на стабильной орбите, то количество пространственных измерений также установлено нашим существованием. Это потому, что, согласно законам гравитации, устойчивые эллиптические орбиты возможны только при трех пространственных измерениях. Круговые орбиты возможны и в других измерениях, но они, как и опасался Ньютон, нестабильны. В любом пространстве, кроме трехмерного, даже малое возмущение, такое как притяжение других планет, сместит планету с круговой орбиты и приведет к движению по спирали либо в сторону Солнца, либо в противоположном направлении, так что мы или сгорим, или замерзнем. Кроме того, там, где более трех пространственных измерений, гравитационная сила между двумя телами будет убывать быстрее, чем в трех измерениях. В трехмерном пространстве сила гравитации уменьшается до 1/4 своей величины при удвоении расстояния. В четырехмерном она бы уменьшалась до 1/8, а в пятимерном — до 1/16 и т. д. В результате при более чем трех пространственных измерениях Солнце не смогло бы находиться в устойчивом состоянии, уравновешивая своим внутренним давлением гравитационное притяжение. Оно либо распалось бы на части, либо сжалось бы, образовав черную дыру, — в любом случае ваш день был бы испорчен. На атомном уровне электрические силы вели бы себя так же, как гравитационные. Это означает, что электроны в атомах или вырвались бы наружу, или упали бы на ядро. В обоих случаях существование атомов такими, как мы их знаем, было бы невозможно.