Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Любые далекие существа, способные с нами связаться, будут иметь представления о математике и логике, схожие с нашими. Также у них будут схожие знания об основных частицах и силах, которые управляют Вселенной. Их среда обитания может быть другой (а биосфера отличаться еще сильнее), но их тела и их планета будут состоять из таких же атомов, как те, что есть у нас на Земле. Для них, как и для нас, самыми важными частицами будут протоны и электроны: один электрон, обращающийся вокруг протона, – это атом водорода, а электрические токи и радиопередатчики требуют потоков электронов. Протон в 1863 раза тяжелее электрона, и это число будет иметь одно и то же значение для любого разума, способного передавать радиосигналы и заинтересованного в этом занятии. Все основные силы и законы природы будут теми же самыми. На самом деле это единообразие, без которого наша Вселенная была бы совершенно непостижимым местом, распространяется даже на самые отдаленные галактики, доступные астрономам для изучения. (Тем не менее в следующих главах этой книги будут рассуждения о других вселенных, которые навсегда останутся за пределами досягаемости наших телескопов и где могут действовать другие законы.)

Понятно, что инопланетные существа не будут пользоваться метрами, килограммами и секундами. Но мы можем обмениваться информацией о соотношениях двух масс (таких, как, например, соотношение массы протона и электрона) или двух длин. Это «чистые числа», не зависящие от единиц измерения, которыми мы пользуемся: утверждение о том, что одна палка в 10 раз длиннее другой, верно (или неверно), независимо от того, меряем мы длину в футах, метрах или каких-то инопланетных единицах измерения. Как говорил физик Ричард Фейнман, он мог бы рассказать инопланетным существам, что его рост составляет 17 млрд атомов водорода, и они бы его поняли.

Разумная жизнь может не иметь вообще никакого интеллектуального сходства с нашей. Но любые существа, которые передают нам сигналы, должны иметь определенные достижения в области физики. Если у них есть какие-то способности к размышлению, они, безусловно, разделяют наше любопытство по поводу космического события, которое привело к возникновению нас всех. Они, скорее всего, будут интересоваться устройством нашей Вселенной – звездами и галактиками, тем, что в ней находится, как она расширяется, а также ее окончательной судьбой. Эти знания станут частью общей культуры, которую мы разделим с инопланетянами. И как и мы, они отметят, что для нашей общей Вселенной важны несколько ключевых чисел.

Темой этой книги стали шесть таких чисел. Они определяют основные характерные черты Вселенной: то, как она расширяется; могут ли формироваться планеты, звезды и галактики; и может ли быть «химическая» предрасположенность к эволюции. Более того, природа Вселенной заметно чувствительна к этим числам. Если вы представляете себе пульт управления Вселенной с шестью шкалами, то их настройка должна быть очень точной, чтобы создать вселенную, в которой может возникнуть жизнь. Был ли это Промысел Божий или случайность? Являются ли эти числа результатом «теории всего», которая могла определить их единственным образом? Ни одна их этих интерпретаций не выглядит убедительной. В качестве альтернативы я полагаю, что эта явная «настройка» заставляет задуматься о чем-то более значительном: о том, что наблюдаемая нами Вселенная – все, что мы можем видеть с помощью наших телескопов, – это всего лишь часть более крупного образования, в котором могут отличаться даже физические законы. Это всего лишь предположение, но оно вполне сопоставимо с современными теориями.

Мы знаем, что так же, как Земля обращается вокруг Солнца, вокруг других звезд обращаются планеты. Мы можем задаваться вопросом, какие на них условия. Не слишком ли слабая гравитация, чтобы удержать атмосферу? Не слишком ли жарко, холодно или сухо, чтобы зародилась жизнь? Возможно, только на немногих планетах окружающая среда подходит для жизни. Таким образом, в гораздо более крупном масштабе может существовать бесчисленное множество других вселенных, которые мы не можем наблюдать, потому что их свет никогда до нас не доберется. Будут ли они подходить для того вида эволюции, который произошел по крайней мере на одной планете, обращающейся вокруг одной звезды в нашей родной Вселенной? В большинстве из них шесть чисел могут иметь другие значения, поэтому только небольшая часть вселенных будет «настроена» на существование жизни. Нас не должно сильно удивлять то, что в нашей Вселенной эти числа кажутся настроенными чудесным образом, как не удивляет нас тот факт, что мы обитаем на весьма специфической планете, чья сила притяжения позволяет удерживать атмосферу, с температурой, при которой может существовать вода, движущейся по орбите вокруг стабильной, долгоживущей звезды.

Если бы мы решили организовать лекции для разумных существ с других планет, было бы естественно начать с гравитации или силы тяготения. Эта сила удерживает планеты на их орбитах и связывает звезды. В более крупном масштабе целые галактики – скопления миллиардов звезд – управляются силой тяготения. Ни одно вещество, ни один вид частиц, ни даже сам свет не избегают ее влияния. Гравитация управляет расширением всей Вселенной и, возможно, предопределит ее окончательную судьбу.

Сила тяготения по-прежнему остается таинственной. Она озадачивает больше, чем любая другая сила природы. Но это была первая сила, описанная математическим путем. В XVII в. сэр Исаак Ньютон рассказал нам, что притяжение между двумя любыми объектами подчиняется «закону обратных квадратов». Сила ослабевает пропорционально квадрату расстояния между двумя телами: разместите их в два раза дальше друг от друга, и притяжение между ними станет в четыре раза слабее. Ньютон понял, что сила, которая заставляет яблоки падать на землю и управляет траекторией выпущенного из пушки ядра, – это та же самая сила, которая удерживает Луну на ее орбите вокруг Земли. Он доказал, что его закон объясняет эллиптическую форму планетарных орбит – убедительная демонстрация способности математики предсказывать, как работает «часовой механизм» мира природы.

Великий труд Ньютона «Математические начала натуральной философии» (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), опубликованный в 1687 г., – это трехтомник, содержащий тексты на латинском языке, обрамленные детально разработанными теоремами, в основном геометрического характера. Это памятник выдающегося научного интеллекта тысячелетия. Несмотря на непривлекательный образ жизни, влияние Ньютона было огромным и коснулось даже поэтов и философов. Оно распространилось и на более широкую аудиторию: например, в 1737 г. появилась книга, озаглавленная «Ньютонианство для леди» (Newtonianism for Ladies). Сущность его теории тяготения была изложена и в более доступной книге «Система мира» (The System of the World).