Антропный принцип: сфера применения. Антропный принцип: самая исковерканная идея физики Антропный принцип имеет две версии

1

Идея В.И. Вернадского о прямой зависимости цивилизации от превращения биосферы в сферу Разума приобретает новое звучание в связи с широко обсуждаемым в физике антропным принципом. И хотя со времени «переоткрытия» антропного принципа в физике прошло не одно десятилетие, проблематика эта не только не утратила своей значимости, а, напротив, период явного неприятия ее физиками сменился попытками встраивания «антропного принципа» во все разрабатываемые в настоящий период космологические модели эволюции Вселенной.

Практически во всех философских и религиозных традициях, для которых вопрос о месте и роли человека в мире имел первостепенное значение, были поставлены проблемы, которые затрагиваются антропным принципом. Особое влияние на становление науки Нового времени имела, как известно, древнегреческая культура, в лоне которой зародились различные космогонические версии устройства Вселенной. Многообразие предлагаемых мыслителями Древней Греции моделей является следствием основ их учений, между тем все они имели сущностное сходство в рассмотрении Человека как элемента космоса. В христианской традиции происходит переосмысление места Человека в мироустройстве: Человек теперь не просто элемент космоса, а господин природы, следовательно, и планета, на которой обитает Человек, - непременно центр Вселенной. Учение Коперника кладет начало новому подходу, согласно которому Земля лишается своего выделенного положения и рассматривается как самый обычный астрономический объект. Неприятие христианской церковью гелиоцентрической модели мира, предложенной Коперником, связано именно с отстаиванием особого привилегированного места человека во Вселенной.

Внимание к «антропной» проблеме возникло в связи с докладом «Совпадения больших чисел и антропологический принцип в космологии» известного астрофизика Брандона Картера, сделанном им в 1973 году в Кракове на Международном симпозиуме, посвященном 500-летию со дня рождения Николая Коперника. Б. Картер особое внимание обращает на то, что отрицанием выделенного положения Земли в космической динамике Коперник положил начало традиции, которая оказывала влияние на научную мысль в течение четырех столетий. Между тем, наличие тонкой подстройки чисел во Вселенной указывает, по меньшей мере, на нетипичность нашего положения в ней.

Незадолго до выступления Б. Картера Роберт Дикке показал, что необходимой предпосылкой нашего существования являются факторы, создавшие благоприятные условия для существования жизни в нашей Вселенной (температура, химический состав окружающей среды, возраст Вселенной, ее локальная неоднородность и т.д.). Аргументы, выдвинутые Дикке, интерпретированы в научной литературе как версия слабого антропного принципа.

Картер же концентрирует внимание на исключительной согласованности физических постоянных, небольшие отклонения в значениях которых привели бы совсем к другим последствиям. Важные для нашего существования структурные единицы материи своими свойствами обязаны совпадениям чисел, которые построены из фундаментальных постоянных, описывающих все известные физические взаимодействия. Вызывает удивление и точная «подгонка» начальных параметров расширения Вселенной, которые предопределили конкретные свойства нашей Вселенной и, в конечном итоге, привели к возникновению Жизни. Если бы последовательность физических констант и значений некоторых величин была бы другой, то некому было бы и спрашивать, почему мир такой, а не иной. Эти совпадения больших чисел и послужили основанием для введения Картером сильного антропного принципа. Возникает вопрос, о каком совпадении больших чисел идет речь? Для подробного ознакомления с ним мы отсылаем интересующегося читателя к работам, где приводится обстоятельный анализ данной проблемы. Сильный антропный принцип, который в формулировке Картера звучит следующим образом: «Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции допускалось существование наблюдателя», по существу утверждает, что Вселенная заведомо приспособлена для существования жизни.

Слабый антропный принцип с точки зрения философского обоснования в принципе не нов. По существу, здесь ставится проблема исследования предпосылок возникновения Вселенной нашего типа с точки зрения существования в ней жизни. Такой подход отличал многих отечественных ученых - А.Л. Зельманова, Г.И. Наана, Г.М. Идлиса, И.С. Шкловского и других, высказывающих идеи, лежащие в одном ключе со слабым антропным принципом. В версию сильного антропного принципа включается целеполагающий аспект. предустанавливающий направление эволюции к главной цели - появлению Человека. Без сомнения, это сразу же поставило сильную версию антропного принципа под прицел самой острой критики. В.В. Казютинский, указывая на экстравагантность сильной версии, отмечает, что «ссылка на человека в структуре космологического объяснения всегда казалась чем-то выходящим за границы принятых эталонов научности... Модальность долженствования отнюдь не свойственна научным принципам - в отличие, например, от этических». Требование сильного антропного принципа легко может быть использовано в качестве доказательства «аргумента от замысла», то есть допускает теологическое объяснение, через трансцедентные силы. Противопоставить такой аргументации можно лишь объяснение с точки зрения саморазвития, самоорганизации мира, что лежит в одной тональности с содержанием учения Вернадского о ноосфере.

Развитие науки за последние тридцать лет показывает, что сильный антропный принцип не только не выходит за рамки научного объяснения, а, напротив, расширяет границы физических интерпретаций в связи с изучением такого объекта как космологический вакуум, отличающегося от остальных структурных единиц материи способностью к гравитационному отталкиванию. В научной литературе именно вакуум рассматривается как прародитель всего многообразия физического мира в ходе эволюции Вселенной. На современной ступени познания мира выделяются три вакуумные подсистемы, рассматриваемые как различные проявления единой универсальной вакуумной структуры: электромагнитная и слабая, объединенные в единую электрослабую подсистему, описываемую с использованием представлений о существовании хиггсового вакуумного конденсата (H-бозонов); кварк-глюонный вакуумный конденсат (хромодинамический вакуум); подсистема, введенная Дираком, представляющая собой нулевые колебания различных полей. В работе авторов показано, что конкретные значения масс элементарных частиц и величины констант фундаментальных взаимодействий, составляющие тонкую подстройку Вселенной с обитаемым в ней Человеком, формируются свойствами именно вакуума. Так, масса электрона возникает за счет взаимодействия электронно-позитронного поля с хиггсовым вакуумным конденсатом. В результате этого взаимодействия электрон приобретает настолько «подходящее» (из возможных других) значение массы, которое обеспечивает существование пригодной для жизни Вселенной. «Нужные» массы протонов и нейтронов формируются уже по другому принципу: за счет ненулевых масс кварков и энергии перестроенного внутринуклонного кварк-глюонного конденсата. Что касается констант фундаментальных взаимодействий, то интенсивность сильных взаимодействий, от которой зависят формирование и свойства ядер, более сложных, чем ядро водорода, определена спецификой перестройки вакуумного состояния вне нуклонов. Иными словами, количественные характеристики кварк-глюонного конденсата также подстроены уникальным образом для обеспечения возможности существования жизни. Интенсивность слабых и электромагнитных взаимодействий определяется степенью поляризации вакуумных нулевых колебаний. Темп космологического расширения Вселенной формируется всеми вакуумными подсистемами.

Анализируя имеющиеся знания о свойствах материи в микро- и макромасштабах, полученных экспериментально на ускорителях и из астрофизических и астрономических наблюдений, с учетом теоретической интерпретации этих фактов в рамках современной квантово-полевой исследовательской программы, авторы делают вывод о том, что в механизме реализации антропного принципа оказываются задействованными все известные в теории подсистемы физического вакуума, что, в свою очередь, свидетельствует о том, что «вакуум есть иерархическая и сложная структура с множеством связей между своими элементами. Это можно считать вполне установленными научными представлениями о структуре вакуума. Современная наука установила также, что сложные системы с большим количеством функциональных связей обладают свойством самоорганизации. Поэтому кажется вполне естественным предполагать, что и вакуум обладает этим свойством». В настоящий период теории, в рамках которой было бы дано полное объяснение антропного принципа, нет. Между тем, в науке все более утверждает себя точка зрения, высказанная Андреем Линде, о том, что «нельзя полностью понять, что такое Вселенная, не поняв сначала, что такое жизнь». Ясно, что такая теория должна соединять в себе самоорганизующийся режим эволюции вакуума, определяющий и глобальные свойства Вселенной, и локальные характеристики структурных единиц материи, и такую взаимосогласованность этих свойств, чтобы они выступали в качестве необходимых оснований существования Жизни и Разума. Уж если говорить о самоорганизации мира, то имеющееся в современной философской традиции жесткое противопоставление материи и сознания, исключает возможность решения проблемы, явно суживает зону поиска. В работе сделана попытка методологического обоснования антропного принципа на основе идей, высказанных Э.В. Ильенковым, о материи как субстанции, необходимые процессы развития которой «на какой-то ступени рождают мыслящий мозг как атрибут». При этом используется спинозовское понимание атрибута, как формы движения материи, представляющей собой абсолютно необходимый продукт ее существования.

Вышеприведенные рассуждения вновь приводят нас к идее Вернадского о космической природе разума, о ноосфере. Термин «ноосфера» в философии В.И. Вернадского рассматривается как чисто духовное явление, как «мыслящий пласт», в связи с чем им высказывается гипотеза о бессмертии души: «Признание бессмертия души возможно и при атеизме. Оно нужнее для человека, чем признание существования Бога», «В сущности, для полного удовлетворения человека важен один вопрос - вопрос не о божестве, а о бессмертии личности». Вопрос о бессмертии души, о бессмертии человеческой мысли, человеческого сознания находит свое воплощение в подходах, высказываемых современными физиками. Так, Линде отмечает: «Изучение Вселенной и изучение сознания неразрывно связаны друг с другом, и окончательный прогресс в одной области невозможен без прогресса в другой. После создания единого геометрического описания всех видов взаимодействий не станет ли следующим важным этапом развитие единого подхода ко всему нашему мира, включая внутренний мир человека». Так что убеждение В.И. Вернадского в том, что «жизнь не является случайным явлением в мировой эволюции, но тесно с ней связанным следствием», в свете новейшего развития естествознания преломляется в проблему нравственно-этического характера о всемирно-историческом смысле деятельности Человека, которая выполняет, возможно, атрибутивную миссию в процессах самоорганизации системы всего мирового круговорот. И на повестку дня выдвигается вопрос о формировании коррелятивного взаимодействия людей, формирования ноосферного мышления.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского гуманитарного научного фонда (проект №10-03-00015а).

Картер Б. Совпадения больших чисел и антропологический принцип в космологии / Космология: Теории и наблюдения. - М., 1978. - С.369-379.

Дикке Р. Гравитация и Вселенная. - М., 1972.

Дэвис П. Случайная Вселенная. - М., 1985; Жданов Ю.А., Минасян Л.А. Антропный принцип и «Космология духа» // Научная мысль Кавказа. - Т. 4. - 2000. - С. 3-22.

Картер Б. Совпадения больших чисел и антропологический принцип в космологии / Космология: Теории и наблюдения. - М., 1978. - С. 373.

Казютинский В.В. Антропный принцип в научной картине мира // Астрономия и современная картина мира. - М., 1996. - С. 165.

Латыпов Н.Н., Бейлин В.А., Верешков Г.М. Вакуум, элементарные частицы и Вселенная. - М., 2001.

Латыпов Н.Н., Бейлин В.А., Верешков Г.М. Вакуум, элементарные частицы и Вселенная. - М., 2001. - С. 155.

Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. - М., 1990. - С. 246.

Жданов Ю.А., Минасян Л.А. Антропный принцип и «Космология духа» // Научная мысль Кавказа. - Т.4. - 2000. - С. 3-22.

Ильенков Э.В. Философия и культура. - М., 1991. - С. 431.

Вернадский В.И. Основою жизни - искание истины // Новый мир. - 1988. - № 3. - С. 208.

Вернадский В.И. Основою жизни - искание истины // Новый мир. - 1988. - № 3. - С. 214.

Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. - М., 1990. - С. 248.

Вернадский В.И. Живое вещество. - М.: Наука, 1978. - С. 37.

Библиографическая ссылка

Минасян Л.А. АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП И СТАНОВЛЕНИЕ НООСФЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 1. – С. 118-120;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=15716 (дата обращения: 10.09.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Картер выделил две различные формулировки: слабый АП и сильный АП. Слабый АП он сформулировал таким образом: "наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим существованием во Вселенной". Сильный АП гласит: "Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит), должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей" Различие между слабым и сильным АП состоит в следующем. Слабый АП применяется к параметрам, которые зависят от современного возраста Вселенной. Сильный АП применяется к параметрам, которые от возраста не зависят. При применении слабого АП речь идет о положении человека во временной шкале. Пример - предсказание соотношения между Hо и атомными константами (п.4.3). Как мы видели, в данном случае АП приводит к соотношению

где To - современный возраст Вселенной.

Возраст Вселенной T не является ее постоянной характеристикой, он меняется с течением времени, может быть больше и меньше. Если возраст T Є Ts , Вселенная остается безжизненной; если T є T , жизнь во Вселенной также невозможна. Значит наблюдатель может существовать только в период времени, когда возраст Вселенной To ~ Ts . Это накладывает ограничение на положение наблюдателя во временной шкале - ограничение, которое является следствием естественных законов природы. Никакой привилегии для наблюдателя здесь нет. Просто он может появиться лишь тогда, когда созреют необходимые условия, и существует до тех пор, пока условия допускают его существование. Вне этого контекста, формулировка, утверждающая, что наше положение является привилегированным (да еще с необходимостью привилегированным) - дает повод воспринимать ее, как некую дань антропоцентризму.

Поскольку сильный АП применяется к параметрам, которые от возраста Вселенной не зависят, он накладывает ограничение не на положение человека во времени, а на параметры, присущие самой Вселенной. В этом смысле ограничения являются более сильными, отсюда и название: сильный АП. Поскольку во Вселенной существует жизнь и наблюдатель, то условия должны допускать его существование, независимо от того, когда и как он возникнет. Ведь, если они этого не допускают, то наблюдатель никогда не сможет возникнуть. Например, если размерность физического пространства N - 3 , человек не сможет существовать в такой Вселенной, независимо от ее возраста. Чтобы во Вселенной на каком-то этапе мог появиться человек, необходимо, чтобы N = 3 . Именно это и утверждает сильный АП.

Конечно, если понимать приведенные высказывания буквально, то следует признать, что здесь причина и следствие поменялись местами. В действительности не Вселенная такова, потому что в ней существует человек, а человек существует во Вселенной потому, что в ней реализовались именно те условия из множества возможных, которые оказались допустимыми для существования в ней жизни (и наблюдателя). Но раз уж это произошло, и мы существуем, то наблюдаемые свойства Вселенной не могут быть иными чем те, которые требуются для того, чтобы жизнь в ней стала возможной. Разумеется, можно по следствию судить о причине. Но при этом не следует выдавать следствие за причину.

Можно сформулировать два крайних предположения обосновывающих АП: 1) разум в нашей Метагалактике явление абсолютно случайное, которое стало возможным лишь благодаря маловероятному, но реализованному совпадению многих независимых физических параметров; 2) наличие биологической и социальной форм движения закономерное следствие развития Вселенной, а все ее физические характеристики взаимосвязаны и взаимообусловлены таким образом, что с необходимостью вызывают появление разума.

Pixabay.com В этой статье речь пойдет о хорошо известном мировоззренческом понятии, связанном с самим фактом нашего существования. Термин «антропный принцип» фигурирует довольно часто, но столь же часто он трактуется некорректно и путается с антропоцентризмом. Начнем с того, что существуют как минимум два антропных принципа — сильный и слабый. Это написано в любой «Википедии», хотя подавляющее большинство, произнося «антропный принцип», имеет в виду его слабый вариант. Поэтому мы сначала «разделаемся» с сильным антропным принципом, чтобы больше к нему не возвращаться.

Человек — творец и вершитель?

К его формулировке приложил руку замечательный физик Джон Уилер (John Wheeler ), создатель многих прекрасных метафорических терминов, в том числе таких популярных, как «черная дыра», «квантовая пена», «кротовая нора» (в оригинале — «wormhole» — «червоточина»). Вот фраза, приписываемая Уилеру: «Наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия» (1983). То есть, чтобы Вселенная реализовалась, в ней должен появиться разумный наблюдатель. Следовательно, возможны только такие вселенные, которые подходят для возникновения жизни и разума. По крайней мере с первого взгляда выглядит чепухой. По мнению авторов данной статьи, это и есть чепуха. Таково наше консолидированное мнение, невзирая на то что статус выдающегося физика Уилером честно заслужен. С кем не бывает… Причем понятно, откуда у этой концепции растут ноги — из интерпретации квантовой механики, включающей наблюдателя как вершителя исхода взаимодействий в микромире.

Этой проблеме посвящен знаменитый парадокс про кота Шрёдингера. Сам Шрёдингер выдвинул его, чтобы показать: существующая интерпретация квантовой механики неадекватна. Если ее строго придерживаться, то возникает подобная чушь — суперпозиция живого и мертвого котов, разрушаемая лишь наблюдением того, кто откроет ящик.

Откуда взялась эта зловредная роль наблюдателя? Видимо, это связано с проблемой коллапса (редукции) волновой функции — действительно сложного и плохо понимаемого явления. Для ознакомления с проблемой можно порекомендовать и его же статью в УФН . Наиболее сильное высказывание Липкина по поводу роли наблюдателя:

«Что такое сознание — никто толком не знает, но именно поэтому на него можно свалить всё».

Мы явно переоцениваем свое значение, когда берем на себя роль вершителя что судьбы кота, что судьбы Вселенной. Кстати, а кто был первым наблюдателем, реализовавшим Вселенную? Галилей? Древние греки? Некий Homo erectus или волк, воющий на Луну 20 млн лет назад? У него ведь тоже есть сознание, не такое уж и примитивное.

Над сильным антропным принципом можно издеваться долго и смачно, но лучше мы сэкономим место для слабого антропного принципа — серьезной и в каком-то смысле плодотворной концепции. Дальше мы опускаем эпитет «слабый» и говорим просто об антропном принципе.

Наше хрупкое благополучие

Начнем с хорошо известных доводов в пользу того, что наша Вселенная будто специально подогнана под наше существование и вообще под существование сложных систем и процессов.

Наш мир сформирован значениями физических констант. Константы электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий, гравитационная постоянная, массы частиц, которые, в свою очередь, определяются константами взаимодействий с полем Хиггса. Они не выводятся (пока?) из каких-либо более общих принципов. Их значения выглядят совершенно произвольными — мы знаем их из измерений, но не из формул. От них зависит всё.

Например, возможны ли в природе большие молекулы? Для этого должен существовать легкий электрон (много легче протона), а константа электромагнитного взаимодействия должна быть достаточно мала. Масса протона напрямую зависит от константы сильных взаимодействий; разница в массе протона и нейтрона — от масс кварков.

От соотношения масс электрона, протона и нейтрона вместе с электромагнитной постоянной зависят плотности всех веществ, возможность сложной химии, существование жидких и твердых тел, планет и гор на них, размеры живых существ и так далее. Эти зависимости прекрасно разобраны в книге «The Anthropic Cosmological Principle» , к сожалению, не переведенной на русский. Ниже приведены некоторые примеры, заимствованные из этой книги.

Стоит хоть немного «пошевелить» константы взаимодействий, как мир меняется. Причем, как правило, он меняется настолько, что получится не просто иная среда обитания и виды живых существ, — вся Вселенная становится непригодной для любой формы жизни.

Согласимся, что если нет химических элементов и атомов или если таблица Менделеева сводится всего лишь к четырем-пяти заполненным клеткам, если не горят звезды и не конденсируются небесные тела, если Вселенная представляет из себя однородный разреженный газ, то невозможна любая жизнь.

Проблема в том, что диапазон констант (точнее, объем в многомерном пространстве констант), в котором возможны сложные системы и жизнь, удручающе мал.

1. Если бы нейтрон был чуть полегче или протон чуть потяжелей, то во Вселенной после Большого взрыва протоны бы распались и остались бы одни нейтроны. Не было бы ни сложных структур, ни атомов вообще. Пустыня!
2. Если бы нейтрон был немного тяжелее, чем на самом деле, то нейтроны в атомных ядрах распадались бы, т. е. ядер бы попросту не было. Никакой таблицы Менделеева, никакой химии, один водород был бы стабилен.
3. Хрестоматийный пример, фигурирующий в : если немного увеличить константу сильных взаимодействий, появляется стабильный дипротон (2 He). Существование дипротона ужасно тем, что он очень легко добирает барионы до гелия-4, который очень крепко связан. Весь водород Вселенной перешел бы в гелий — и мир остался бы без основного термоядерного горючего. До подобной катастрофы в потенциале взаимодействия двух протонов не хватает всего 92 кэВ . На самом деле пример не совсем верный. Дело в том, что, как сейчас известно, мы не можем произвольно изменить потенциал взаимодействия протонов — он зависит от константы квантовой хромодинамики, от которой также зависят массы барионов. Если ее изменить — «поплывет» всё. Тем не менее, пример демонстрирует, насколько хрупко наше благополучие. Он же показывает, насколько аккуратным и осторожным надо быть даже в мысленных экспериментах.
4. Довольно удивительный факт: у ядра углерода есть резонанс, предсказанный Фредом Хойлом (Fred Hoyle ), который на порядки повышает вероятность синтеза ядра углерода из трех ядер гелия. Энергия резонанса складывается из комбинации сильной и электромагнитной констант, а также зависит от массы кварков. Если немного изменить эту энергию, то цепочка синтеза элементов обрывается. Во Вселенной почти исчезнет углерод, кислород и прочие элементы, на которых основана жизнь, которые составляют космическую пыль, из которой, в свою очередь, конденсируются планеты земного типа.
5. Идем в самую раннюю Вселенную. После Большого взрыва остались неоднородности от предшествующей стадии ее эволюции, будь то стадия космологической инфляции или что-либо еще. Исходная величина этих неоднородностей в момент образования горячей Вселенной ~ 10 -5 (относительно средней плотности). Если бы амплитуда неоднородностей была в несколько раз меньше, галактики не успели бы образоваться. Если бы она была в несколько раз больше, галактики оказались бы слишком массивными и плотными, что тоже фатально — частые взрывы сверхновых, большая вероятность отрыва планет от родительских звезд. При этом амплитуда неоднородностей ниоткуда не следует. В рамках теории космологической инфляции неоднородности возникают как квантовые флуктуации «тяжелого» вакуума и зависят от природы последнего — от его плотности, от формы потенциала. Эти параметры тоже не вытекают из каких-либо известных принципов.

Видимо, этих хрестоматийных примеров достаточно, чтобы убедить читателя, что нам удивительно повезло. Возможно, это натолкнет кого-то на мысль, что константы взаимодействий устанавливал некий заботливый Творец. Однако существует гораздо более прозаичное объяснение. Оно и называется «антропный принцип».

Бесконечное множество вселенных

Представим себе, что существует огромное (даже бесконечное) множество вселенных. Тут есть некая терминологическая неоднозначность. Можно понимать под словом «Вселенная» всё сущее, и тогда мы должны говорить о разных частях Вселенной. Однако эти разные части Вселенной, скорей всего, при рождении «окуклились» в замкнутые, причинно не связанные друг с другом пространства, к которым тоже применяют термин «вселенные» (только с маленькой буквы). Ниже мы будем следовать второму варианту терминологии, понимая под «Вселенной» наше связное замкнутое пространство 3+1 измерений, а под «вселенными» понимать аналогичные образования не обязательно той же размерности.

Далее представим себе, что во множестве вселенных — разные константы взаимодействий, разные наборы частиц. В том числе где-то, включая нашу Вселенную, набор констант оказался благоприятным для появления жизни. В одной из таких вселенных появился разумный наблюдатель, разобравшийся в местной физике, и удивляется, как всё хорошо настроено. А там, где всё настроено плохо, никто и не появился. Значит, любой наблюдатель будет видеть набор физических констант, благоприятных для своего появления, сколь бы ни был мал благоприятный объем в пространстве параметров.

Это очень похоже на историю нашего появления в Солнечной системе на Земле. Здесь тоже немало удачных совпадений: нужное расстояние до звезды, нужное количество воды, глобальная тектоника, крупный спутник, планета-гигант на нужной орбите — всё это благоприятные условия. Но в данном случае мы точно знаем, что существует великое множество разных планетных систем с разными планетами, и не удивляемся благоприятным совпадениям.

Значит ли это, что антропный принцип сам по себе намекает на существование огромного множества разных вселенных? Конечно! Не доказывает в строго математическом смысле, но служит сильным доводом.

А есть ли в современной физике другие указания на множественность вселенных? Да, существует концепция вечной космологической инфляции, которая как раз описывает механизм рождения неограниченного числа вселенных. Что такое космологическая инфляция? Ей посвящена целая книга одного из авторов данной статьи под научной редакцией другого автора .

Если коротко, это механизм образования огромной однородной и изотропной вселенной из микроскопического зародыша. И этот самый механизм в большинстве вариантов теории плодит бесконечное множество вселенных, будучи не в силах остановиться. Это становится ясным, если к уравнениям общей теории относительности добавить квантовые эффекты. Это будет еще не то, что называется «квантовой гравитацией», здесь всё гораздо проще, так как квантовые эффекты относительно слабы.

На вечную инфляцию натолкнулся Пол Стейнхардт (Paul Steinhardt) в начале 1980-х, когда теория космологической инфляции еще только формировалась. Он обратил внимание на то, что космологическая инфляция в том варианте, который был популярен в то время, не может благополучно закончиться образованием вселенной. Мешают квантовые флуктуации вакуума — инфляция продолжается раздуванием новых и новых областей пространства. Стейнхардт решил, что это фатальный недостаток теории.

В 1986 году Андрей Линде обнаружил, что тот же самый эффект происходит и в более реалистичном варианте теории под названием «хаотическая инфляция». Но в отличие от Стейнхардта он осознал, что это важнейшее явление, объясняющее фундаментальную мировоззренческую проблему.

Итак, если верна теория космологической инфляции (а в ее пользу говорят несколько фактов, обнаруженных с помощью космических микроволновых телескопов WMAP и «Планк»), то в качестве неизбежного приложения к этой теории мы имеем вечную инфляцию — процесс рождения бесконечного числа вселенных.

В этой статье, посвященной антропному принципу, мы не можем детально объяснить, как работает космологическая инфляция в обычном и вечном вариантах. Об этом достаточно много написано, в частности, в упомянутой книге . Рекомендуем прочитать , где он среди прочего рассказывает, как натолкнулся на вечную инфляцию; оно опубликовано в той же книге и еще в ТрВ-Наука .

Где Бог играет в кости?

Итак, в физике есть прямые указания на бесконечное множество вселенных. Но еще нужно, чтобы они имели разные наборы физических констант: вселенные-клоны, скорее всего, будут одинаково непригодны для жизни. Где-то на каком-то этапе «сотворения» вселенных Бог должен играть в кости. Где именно?

Здесь просматривается две возможности. Первая — фазовые переходы в ранних вселенных. Они меняют физику, как изменил ее фазовый переход с полем Хиггса — многие частицы приобрели массы, и мир стал сложен и интересен. То был фазовый переход с предопределенным концом, но в самой ранней Вселенной есть место для других фазовых переходов, основанных на новой, еще не известной нам физике. И у них может быть непредсказуемый исход, как непредсказуем ледяной узор на стекле.

Вторая, более популярная возможность связана с теорией струн. Струны «живут» как минимум в одиннадцатимерном пространстве. Иначе теория страдает неустранимыми противоречиями. Чтобы получить из 11 измерений наши 3+1, надо свернуть лишние измерения в трубочки микроскопического радиуса, например планковского ~ 10 -33 см (это сворачивание называется «компактификацией»). Это можно сделать гигантским числом способов, причем каждый способ дает свой вариант вакуума, в котором возникает своя физика со своими константами взаимодействий. Оценка числа альтернатив — 10 500 ! Кстати, если вы встречаете в СМИ утверждения типа «британские ученые доказали, что число вселенных равно 10 500», не удивляйтесь, это просто в одном из звеньев испорченного телефона по недосмотру технического редактора степень съехала в строку.

Но как встроить в вечную инфляцию это случайное бросание костей, как устроить перестройку теоретико-струнного вакуума? Вроде бы теория струн дает такой механизм. Вечная инфляция возможна потому, что квантовые флуктуации могут увеличивать плотность вакуума. Когда она приближается к планковской (10 95 г/см 3), квантовые флуктуации могут быть столь сильными, что меняется топология пространства, меняется вариант компактификации, а с ним и физика в некой микроскопической области пространства, которая потом разовьется в большую вселенную. Это как раз то самое «бросание костей», необходимое для претворения антропного принципа в жизнь.

На теорию струн возлагаются очень большие надежды, но она до сих пор остается висеть в воздухе: из нее нельзя вывести ни одного проверяемого предсказания. Беда заключается именно в неимоверном числе 10 500 . Мы не знаем, в каком именно варианте из 10 500 вакуумов мы живем, и нет никаких инструкций, как найти этот вариант. И все-таки эта теория так или иначе намекает на богатство и разнообразие бытия.

Когда антропный принцип оказывается капитуляцией

В приведенных выше примерах с тонкой подстройки физических констант последние принимают ничем не примечательные значения. Что такое константа электромагнитного взаимодействия 1/137? Это число ничем не выделяется кроме того, что в сочетании с другими константами благоприятно для жизни. А если какая-то величина принимает какое-то выделенное значение? Например, оказывается удивительно близка к нулю или к единице (что-то равно чему-то). Казалось бы, надо искать какой-то закон, объясняющий, почему это произошло. А если такой закон не удается найти?

Плотность энергии вакуума (темной энергии) в нашей Вселенной очень мала — 10 -8 эрг/см 3 . Именно от этой плотности зависит ускоренное расширение Вселенной. А какой она должна быть из теоретических соображений? Любой, вплоть до планковской плотности — на 120 порядков больше, чем она есть. Каким образом она оказалась столь малой? Непонятно. И здесь возникает соблазн…

Если бы плотность энергии вакуума (космологическая постоянная) была близкой к своему естественному теоретико-струнному значению, то нас бы не существовало. Вселенная либо продолжала бы вечно расширяться с огромным ускорением, либо бы мгновенно схлопнулась. Допустимое значение плотности темной энергии всего на порядок выше, чем она есть на самом деле.

А не привлечь ли антропный принцип для объяснения этой малости? Пусть где-то в ходе вечной инфляции случайным образам выпадает космологическая постоянная будущей вселенной — равномерно от 10 120 до -10 120 от ее нынешнего значения. Тогда в одной из 10 120 вселенных она окажется достаточно малой, чтобы в ней мог появиться наблюдатель. Расточительно? Да, но у нас есть 10 500 вариантов, скинем 120 порядков, всё равно остается гигантское число! Многих космологов этот аргумент вполне удовлетворяет.

Возразить нечего. Впрочем, недавно такой же загадкой казалась близость плотности Вселенной к критической. Это требовало тонкой настройки в ранней Вселенной с точностью 10 -60 . Почему бы и здесь не воспользоваться антропным принципом? Ведь если сбить эту настройку, Вселенная бы уже сколлапсировала или разлетелась на отдельные атомы. Но решение было найдено — космологическая инфляция автоматически дает плотность, равную критической.

Здесь нет твердых аргументов, есть только некоторые стратегические соображения. По нашему убеждению, пока не все возможности отвергнуты, пока остается надежда найти ответ — надо искать, не полагаясь на антропный принцип. Свалить 120 порядков величины на антропный принцип — это своего рода капитуляция! Упование на антропный принцип с отказом от поисков конкретного объяснения в некотором смысле противоречит духу науки.

Наконец, совсем свежий пример. Почему масса бозона Хиггса оказалась столь «человеческой», что ее удалось измерить? Тут дело даже не массе бозона, а в энергетическом масштабе нарушения электрослабой симметрии, в массах W- и Z-бозонов. По идее, если нет каких-то специальных механизмов, энергетический масштаб поля Хиггса должен быть порядка планковского. Такой механизм понижения масштаба изобрели, он называется «суперсимметрия» и предполагает существование новых элементарных частиц — суперсимметричных партнеров для известных частиц со спином, измененным на половину. Фотино со спином ½ — для фотона, скварки со спином 0 — для кварков и т. д. Чтобы суперсимметрия правильно работала, массы этих неизвестных пока частиц тоже должны быть «человеческими» — большими, но достижимыми для Большого адронного коллайдера.

Открытие суперсимметричных партнеров было второй после бозона Хиггса большой надеждой, возлагаемой на БАК. Но она пока не оправдалась и, похоже, уже не оправдается. Почему же тогда бозон такой легкий? И тут опять возникает соблазн применения антропного принципа. Действительно, если увеличить массу бозона Хиггса, все массы элементарных частиц увеличатся, а это, как мы уже знаем, опасно для жизни. Вселенная станет либо необитаемой, либо вовсе несуществующей. Так почему бы не положиться на старый добрый принцип?! Здесь ведь надо принести ему в жертву всего 17 порядков величины, а не 120, как в случае с космологической постоянной.

И всё же антропный принцип имеет полное право на существование — мы же присутствуем в этой Вселенной, данный экспериментальный факт учитывать необходимо. Вопрос, по-видимому, в том, какие именно свойства природы определяются из антропных соображений, а какие имеют другое, более «рациональное» объяснение. Просто не надо антропным принципом злоупотреблять и использовать его как повод для прекращения поиска.

Валерий Рубаков, Борис Штерн

1. Barrow J. D., Tippler F. J. The Anthropic Cosmological Principle, Clarendon Press, Oxford, Oxford University Press, New York, 1986.
2. mipt.ru/education/chair/philosophy/publications/works/lipkin/philsci/a_3vzyrl.php
3. Липкин А. И. Существует ли явление «редукции волновой функции» при измерении в квантовой механике? // Успехи физических наук, т. 171, № 4, 2001, с. 437−444.
4. Штерн Б. Е. Прорыв за край мира. М.: Троицкий вариант, 2014.
5. Линде А., Штерн Б. .

Все приведенные выше аргументы сводятся к антропному принципу.
Существует несколько позиций, которые можно занять относитель-
но этого противоречивого принципа. Моя учительница во втором
классе считала, что эти удачные совпадения предполагали существо-
вание великого проекта или плана. Как когда-то сказал физик Фриман
Дайсон, «вселенная словно знала, что мы придем». Это иллюстрация
сильного антропного принципа, который заключается в идее того,

что точная настройка физических констант была не случайностью,
а предполагает некий проект. (Слабый антропный принцип просто
утверждает, что физические константы вселенной таковы, что воз-
можно существование жизни и разума).

Физик Дон Пейдж суммировал различные формы антропного
принципа, предлагавшиеся в различные годы.

Слабый антропный принцип: «То, что мы видим во вселен-
ной, ограничивается требованием нашего существования в
качестве наблюдателей».
Сильно-слабый антропный принцип: «По крайней мере в
одном мире... из вселенной многих миров должна развиваться
жизнь».

Сильный антропный принцип: «Вселенная должна нести в
себе определенные качества, чтобы в какой-то момент в ней
развилась жизнь ».

Конечный антропный принцип: «Разум должен развиться
во вселенной, после чего он никогда не погибнет».

Одним из физиков, всерьез воспринимающих сильный антроп-
ный принцип и утверждающих, что это признак существования
Бога, является Вера Кистяковски, физик из Массачусетского техно-
логического института. Она говорит: «Утонченное совершенство
физического мира, открывающееся нашему научному взору, требует
присутствия божественного». Еще одним ученым, поддержива-
ющим это мнение, является Джон Полкингхорн, физик, занимав-
шийся частицами, который отказался от занимаемой должности в
Кембриджском университете и стал священником англиканской
церкви. Он пишет о том, что вселенная - это «не просто «какой-то
мир», она особенна и тонко настроена для жизни, поскольку являет-
ся созданием Творца, чья воля в том, чтобы все было именно так». И в
самом деле, сам Исаак Ньютон, которому принадлежит концепция
непреложных законов, управляющих движением планет и звезд без
всякого божественного вмешательства, считал, что изящество этих
законов указывает на существование Бога.

Но нобелевский лауреат Стивен Вайнберг не поддерживает
такую точку зрения. Он признает всю притягательность антропно-
го принципа: «Для людей практически непреодолимым является

стремление верить в то, что мы имеем какое-то особое отношение

ко вселенной, что человеческая жизнь не просто более или менее
нелепый результат цепи случайностей, простирающейся до первых
трех минут после Большого Взрыва, а что мы были каким-то образом
встроены с самого начала». Однако в заключение он говорит о том,
что сильный антропный принцип представляет собой «едва ли нечто
большее чем пустую мистическую бессмыслицу».

Остальные физики также не слишком убеждены в силе антропного
принципа. Ныне покойный физик Хайнц Пейджелс был сильно увле-
чен антропным принципом, но в конечном счете потерял к нему ин-
терес, поскольку этот принцип не содержал в себе прогностической
силы. Эта теория не подлежит проверке. Кроме того, не существует
способов извлечь из нее какую-либо новую информацию. Вместо
этого она несет бесконечный поток пустых тавтологий - «мы здесь
потому, что мы здесь».

Гут также отбрасывал антропный принцип, утверждая: «Мне
трудно поверить, что кто-либо вообще стал бы использовать ан-
тропный принцип, если бы у нас было лучшее объяснение. Мне еще
предстоит услышать, к примеру, об антропном принципе в мировой
истории... Люди занимаются антропным принципом, когда они не
могут придумать чего-то лучшего».