Майкл Уайт - Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд

Подход к пониманию природы Вселенной с точки зрения отношений между нами и законами физики называется «антропная космология». История у антропной космологии давняя, однако относительно недавно интерес к ней пробудился с новой силой, и современная ее версия основана в основном на идеях Мартина Риса из Кембриджа, которые он высказывал в 1970-е и продолжает разрабатывать по сей день. Рис – ровесник Хокинга, он родился 23 июня 1942 года, когда Хокингу было полгода. Они одновременно писали диссертации в Кембридже, а в 1973 году Мартин Рис всего в 31 год стал Плумианским профессором астрономии и экспериментальной философии – это было за шесть лет до того, как Хокинг получил место Лукасовского профессора. В 1979 году, через пять лет после Хокинга, Риса приняли в Королевское общество. Но, если Хокинг стяжал славу подробнейшими исследованиями определенного набора научных задач – сингулярностей, горизонтов вокруг черных дыр и начала времен, – Рис пользуется заслуженным уважением за широту своих интересов, от квазаров и пульсаров до воздействия черных дыр на их окрестности, общей космологии и природы темного вещества, благодаря которому Вселенная остается замкнутой. Когда Рис обратился к антропной космологии и пробудил интерес к ней у ученых 1970-х и 1980-х, Хокинг для разнообразия был готов последовать чужому примеру. Мартин Рис подробно разработал эволюцию Вселенной, в которой гравитация сильнее нашей, а все остальные законы физики такие же. В такой модели вселенной тоже могут существовать галактики, звезды и планеты, но они совсем не такие, как в нашей Вселенной. В частности, все развивается так быстро, что сомнительно, что там может зародиться и эволюционировать разум (которому на Земле понадобилось для этого больше четырех миллиардов лет). При том значении силы гравитации, которое выбрал Рис, у звезды в его вселенной масса примерно такая же, как масса астероида в нашей Солнечной системе (гораздо меньше массы Луны), а диаметр составляет около двух километров. Средняя продолжительность жизни такой звезды – год-другой, а светит она с яркостью в одну стотысячную Солнца. Планеты во вселенной Риса вращаются вокруг своих звезд на расстоянии приблизительно вдвое больше, чем расстояние от Земли до Луны, и температура на их поверхности примерно равна средней температуре на поверхности Земли – около 15 °C. Такая планета обойдет звезду по орбите приблизительно за 20 наших дней. А поскольку звезда живет совсем мало, то сгорит уже через 15 «лет» своей планеты, в то время как возраст нашего Солнца составляет как минимум 10 миллиардов земных лет.

Жизнь на поверхности такой планеты будет краткой – и не только поэтому. Самые высокие горы на этой крошке будут не выше 30 сантиметров, а максимальный вес существа, живущего на поверхности, составит всего одну тысячную грамма – ведь иначе мощная гравитация его мира раздавит хрупкое тельце.

Какие огромные различия – а ведь мы, напомним, изменили всего одну фундаментальную физическую постоянную, силу тяжести! Можно представить себе самые разные изменения, в результате которых вселенные, прошедшие фазу инфляции, оказывались бы совсем не подходящим местом для живых существ вроде нас.

Если наша Вселенная – единственно возможная, то впору задуматься, как так вышло, что наше существование обеспечено таким количеством космических совпадений и случайностей. Но если возможных вселенных много, на этот вопрос есть простой ответ. В каждом пузырьке-вселенной может быть собственный набор законов физики. В некоторых случаях это приводит к тому, что пузырьки из-за мощной гравитации не растут и коллапсируют обратно раньше, чем там может зародиться жизнь. В некоторых, наоборот, гравитация так слаба, что вещество не образует скоплений, а значит, в них нет ни звезд, ни планет. Но есть очень много промежуточных вариантов, очень много вероятных вселенных, где могут зародиться и звезды, и планеты, и жизнь. То же самое можно сказать обо всех и каждом законе физики, обо всех и каждой постоянной.

Если такая картина верна, значит, в метавселенной существует бесконечное множество вселенных, но живые существа вроде нас существуют лишь в тех из этого бесконечного множества вселенных, где есть нужное сочетание законов физики. Тот факт, что мы существуем, в определенной степени задает законы физики, управляющие Вселенной, – законы, которые мы открываем. Эту мысль довольно помпезно называют антропным принципом – этот термин предложил Бернард Карр, который вместе с Рисом написал основополагающую статью на эту тему.

Поскольку вселенные не могут сообщаться друг с другом, этот вопрос, естественно, остается предметом философских диспутов. Но с одной оговоркой. Вспомним, что главная составляющая хокинговской модели безграничной вселенной – квантовая «сумма историй». Мы уже признавались, что слегка замяли ответ на вопрос, что это, собственно, за истории, которые при этом суммируются. Теперь мы исправим свою оплошность.

Все возможные вселенные во всем их разнообразии, способные возникнуть в результате инфляции, мы будем считать не «реальными» мирами, а математическими вариантами – подобно разным траекториям, по которым электрон может двигаться из точки А в точку В. И Хокинг, применив «сумму историй», показывает, что наша Вселенная – не просто одна из возможных историй, а одна из самых вероятных :

…Если все траектории (истории) возможны, то, раз мы существуем внутри одной из траекторий (историй), мы можем применить антропный принцип, чтобы объяснить, почему Вселенная такова, какова она есть. О смысле других историй, или траекторий, в которых нас нет, сложно судить однозначно . [97]

Тем не менее Хокинг и его коллеги, опираясь на условие о безграничности Вселенной, обнаружили, что наша Вселенная должна была зародиться с максимальным количеством нерегулярности, какую только допускает квантовая неопределенность, и что инфляция и дальнейшее более ленивое расширение вселенной вызвали рост этих нерегулярных участков, которые и превратились сначала в облака газа, а затем в галактики, состоящие из звезд.

Этим во многом и занимается сегодня передовая наука. Обилие вариаций на эту тему – здесь и пузырьки в ложном вакууме при постоянной инфляции, и дочерние вселенные, и диапазон квантовых историй – свидетельствует отнюдь не о том, что физики никак не могут на чем-то остановиться, а о попытках вести исследования сразу по нескольким разным направлениям, поскольку неизвестно, какое из них в долгосрочной перспективе принесет свои плоды (а может быть, плодов и вовсе не будет). Однако уже очевидно, что за 1990-е годы основные принципы космологической мысли ушли очень далеко от так называемой «дохокинговской» эпохи. Тридцать лет назад никто не сомневался, что наша Вселенная уникальна. Сегодня ученые в целом согласны, что она лишь одна из многих – так или иначе. Стоит ли удивляться, что? когда в 1988 году Хокинг изложил все эти соображения в научно-популярной книге, эта книга завоевала весь мир?