Боб Берман - Биоцентризм. Как жизнь создает Вселенную

С углеродом все сложнее. Действительно, откуда взялся углерод, важнейший элемент в составе нашего организма? Ответ был найден примерно полвека назад, и как раз на тех «фабриках», где создаются все элементы тяжелее водорода и гелия, – в недрах звезд. Когда массивные звезды взрываются и превращаются в сверхновые, вещество из их ядер вбрасывается в окружающее пространство. Там эта материя смешивается с межзвездным водородом и образует вещества второго поколения, из которых, в свою очередь, формируются звезды и планеты. Когда такие процессы протекают в молодых звездах, эти звезды продолжают обогащаться все более значительными количествами сравнительно тяжелых элементов (металлов), и самые массивные из этих звезд в конце концов взрываются. Процесс повторяется. В нашем родном уголке Вселенной Солнце относится к звездам третьего поколения, а все окружающие его вещества – в частности, те, из которых состоят все живые организмы на Земле, – представляют собой такие троекратно обогащенные сложные строительные материалы.

Вернемся, однако, к углероду. Само его существование обусловлено причудливым нюансом тех ядерных реакций, благодаря которым сияют Солнце и другие звезды. Итак, простейшая ядерная реакция происходит, когда два атомных ядра (как правило, два протона), движущиеся с огромной скоростью, сталкиваются и сливаются в ядро более тяжелого элемента. Обычно получается ядро гелия, но в результате реакций ядерного синтеза могут образовываться и более тяжелые ядра, особенно в старых звездах. Образование углерода в ходе такого процесса является крайне маловероятным, так как в цепочке реакций синтеза от гелия до углерода участвует ряд очень нестабильных ядер. Единственная реакция, в результате которой может синтезироваться значительное количество углерода, требует одновременного слияния трех ядер гелия. Но вероятность одновременного столкновения трех ядер гелия в одну и ту же миллисекунду, даже в раскаленных звездных печах, исчезающе мала. Этот удивительный факт впервые отметил Фред Хойл, который не пользовался авторитетом удачливого азартного игрока, но прославился как человек, впервые раскритиковавший модель стационарной бесконечной Вселенной. Уже в конце 1960-х эта модель действительно бесславно отправилась на свалку истории. Но именно Хойл-игрок правильно отметил, что в глубине звезд должно происходить что-то по-настоящему интересное и даже невероятное. Такой загадочный эффект должен радикально повышать вероятность столкновения трех ядер гелия и в избытке насыщать Вселенную углеродом, который входит в состав всех живых организмов.

Оказалось, что все дело в своеобразном резонансе. Резонансом называется ситуация, в которой разнородные физические явления накладываются друг на друга и вызывают третье, неожиданное физическое явление. Так, в 1940 году в США случилась трагедия: обычный ветер вошел в резонанс с опорами моста Такома-Нэрроуз, штат Вашингтон. В результате мост сильно закачался и обрушился. И вот что удивительно: атомы углерода входят в состояние резонанса при совершенно определенном уровне энергии, как раз достаточном для того, чтобы в звездах образовывалось значительное количество углерода. В свою очередь, углеродный резонанс зависит от величины «сильного взаимодействия» – той силы, которая удерживает вместе все компоненты атомного ядра даже в самых дальних уголках наблюдаемой Вселенной.

Явление сильного взаимодействия по-прежнему остается загадочным, но имеет ключевое значение для существования известной нам Вселенной. Эта сила действует только в пределах атома. Действительно, она сходит на нет так быстро, что почти не ощущается даже вблизи от краев самых крупных атомов. Вот почему огромные атомы – например, атом урана – так нестабильны. Самые отдаленные от ядра протоны и нейтроны в этих атомах располагаются на границе распространения сильного взаимодействия, где оно едва ощутимо. Поэтому некоторые элементарные частицы в этих атомах преодолевают хватку сильного взаимодействия, и атом распадается – образуются другие, более компактные атомы.

Итак, если сильное взаимодействие кажется столь тонко отрегулированным, то мы не можем игнорировать и электромагнитные взаимодействия, определяющие природу всех электрических и магнитных связей, присутствующих в атомах. Великий физик-теоретик Ричард Фейнман, рассказывая об этой силе в своей книге «КЭД: странная теория света и вещества», писал: «Вам, конечно, хотелось бы узнать, как появляется это число: выражается оно через π или, может быть, через основание натуральных логарифмов? Никто не знает. Это одна из величайших проклятых тайн физики: магическое число, которое дано нам и которого человек совсем не понимает. Можно было бы сказать, что это число написала “рука Бога” и “мы не знаем, что двигало Его карандашом”. Мы знаем, что надо делать, чтобы экспериментально измерить это число с очень большой точностью, но мы не знаем, что делать, чтобы получить это число на компьютере, не вводя его туда тайно!»

Это число равно 1/137, когда все ячейки заполнены, и представляет собой постоянную тонкой структуры. Постоянная тонкой структуры описывает еще одну из четырех фундаментальных сил, которые обеспечивают существование атомов, а значит – и всей наблюдаемой Вселенной. Стоит минимально изменить значение этой величины – и нас бы не существовало.

Такие странные факты оказывают сильнейшее влияние на современные космологические представления. В конце концов, разве не должны космологические теории правдоподобно объяснять, почему мы живем в такой невероятной реальности?

«Нисколько», – считал физик Роберт Дикке (1916–1997) из Принстонского университета. Статьи на данную тему он писал в 1960-е годы, в 1974 году они были доработаны Брэндоном Картером. Предложенная Картером концепция получила название «антропный принцип». Картер писал, что в реальности, которую мы можем наблюдать, «должны существовать именно такие условия, которые необходимы для присутствия нас, наблюдателей». Иными словами, если бы сила тяжести была чуть-чуть мощнее, а Большой взрыв – немножечко слабее, из-за чего длительность существования Вселенной существенно сократилась бы, не было бы нас с вами , тех, кто может об этом задуматься. Поскольку мы существуем, Вселенная должна быть именно такой, и ничего удивительного в этом нет. Точка.

В соответствии с такой логикой «космологическое благоволение» кажется неудивительным. Наше, казалось бы, чрезвычайно удачное, подозрительно подходящее местоположение с именно таким диапазоном температур, физической и химической средой – это совокупность условий, необходимых для появления жизни. Если мы существуем, то именно такую Вселенную и должны видеть.