Космологическая антропность
Гелиоцентрическая модель солнечной системы Николая Коперника как ничто лучше доказывает, что мы, люди, отнюдь не центр Вселенной. Современные открытия упрочили этот урок, да ещё как! Теперь мы понимаем, что открытие Коперника всего лишь одно из череды доказательств, опровергающих столь долго лелеянные нами представления об особом статусе человечества: мы живём не в центре Солнечной системы, не в центре Галактики, не в центре Вселенной, мы даже не сделаны из тёмной материи, составляющей бо́льшую часть массы во Вселенной. Такое космическое понижение в статусе, от примы до статиста, является примером того, что учёные называют теперь принципом Коперника : в полной системе бытия всё указывает на то, что людям не предназначена сколь-нибудь особая роль.
Почти пятьсот лет спустя после работы Коперника на юбилейной конференции в Кракове один из докладов — представленный австралийским физиком Брэндоном Картером — вдруг заманчиво предложил неожиданный пересмотр принципа Коперника. Картер предположил, что излишняя приверженность коперниковским взглядам может, при определённых условиях, лишить исследователей возможности достичь прогресса. Да, соглашался Картер, человечество находится отнюдь не во главе устройства бытия. Но всё же, продолжал он, поддерживая похожие высказывания таких учёных, как Альфред Рассел Уоллес, Абрагам Зелманов и Роберт Дикке, есть сцена, на которой мы действительно играем совершенно исключительную роль — наши собственные наблюдения. Сколь бы далеко не отодвинул нас Коперник и его заветы, мы первые в списке, когда речь идёт о сборе и анализе данных, формирующих основу наших представлений о природе. И в силу такого неизбежного положения мы обязаны принимать во внимание то, что в статистике называется систематической ошибкой отбора .
Это простая идея, которая широко применяется. Если вы изучаете популяцию форели, но собираете данные лишь в пустыне Сахара, то вся полученная информация будет искажена неправильным фокусом на недружественной для форели среде обитания. Если вы изучаете интерес общества к опере, но проводите опрос только среди подписчиков журнала «Не могу жить без оперы», то результаты будут неточны, потому что опрашиваемые не являются типичными представителями населения в целом. Если вы проводите опрос в группе беженцев, перенёсших невероятные трудности во время переселения, то можете прийти к выводу, что эта этническая группа одна из самых жизнестойких на планете. Однако, когда вы узнаете тот удручающий факт, что те, с кем вы говорили, составляют лишь 1 процент от всех, кто был вынужден бежать из своей страны, то поймёте, что ваш вывод далёк от истины, потому что только феноменально сильные люди пережили такую миграцию.
Рассмотрение таких ошибок крайне важно для получения осмысленных результатов и во избежание напрасных усилий для объяснения выводов, сделанных на основе нерепрезентативных данных. Почему форель вымерла? В чём причина лихорадочного интереса к опере в обществе? Почему эта этническая группа настолько вынослива? Необъективные наблюдения могут заставить вас пуститься в бессмысленные поиски объяснений несуществующих вещей.
В большинстве случаев ошибки подобного рода легко определяются и устраняются. Но есть ошибки не столь очевидные, которые легко можно проглядеть. Это то, насколько ограничения на место и время, где и когда мы можем жить, имеют огромное влияние на то, что мы можем видеть. Если нам не удаётся адекватно воспринять последствия подобных ограничений на наши наблюдения, то тогда, подобно описанным выше примерам, мы можем прийти к совершенно неправильным выводам, в том числе к таким, которые могут побудить нас к бесплодным попыткам объяснить смысл дырки от бублика.
Представьте, например, что вы намереваетесь выяснить (подобно великому учёному Иоганну Кеплеру), почему Земля расположена в 150 миллионах километров от Солнца. Вы хотите найти нечто, оставаясь исключительно в рамках физических законов, что даст объяснение этому факту. Долгие годы вы упорно трудитесь, но не в силах найти убедительное объяснение. Имеет ли смысл продолжать? Если вы задумаетесь о потраченных усилиях и учтёте систематическую ошибку отбора, то быстро сообразите, что гоняетесь за тенью.
Законы гравитации Ньютона и Эйнштейна позволяют планетам двигаться вокруг Солнца по орбитам произвольного радиуса. Если бы вы могли передвинуть Землю на любое другое расстояние от Солнца и затем запустить заново с правильной скоростью (её просто вычислить с помощью основных физических законов), то она также легко будет вращаться по новой орбите. Единственное, что важно в положении Земли на расстоянии в 150 миллионов километров от Солнца — это температурный режим, благоприятствующий нашему присутствию здесь. Если Земля будет расположена гораздо ближе или дальше от Солнца, температура будет значительно выше или ниже, что приведёт к исчезновению важнейшей части, существенной для нашей формы жизни — жидкой воды. Это отражает встроенную систематическую ошибку. Сам факт того, что это мы измеряем расстояние от нашей планеты до Солнца, гарантирует, что полученный результат должен попасть в ограниченный диапазон значений, совместимых с самим нашим существованием. Иначе нас бы здесь не было, и некому было бы размышлять над расстоянием от Земли до Солнца.
Если бы Земля была единственной планетой в Солнечной системе или единственной планетой во Вселенной, то вы всё же могли бы чувствовать себя обязанным продолжить исследования. Хорошо, сказали бы вы, я понимаю, что моё собственное существование привязано к определённому расстоянию от Земли до Солнца, но это лишь усиливает необходимость объяснить, почему так получилось, что Земля расположена в таком удобном, привлекательном с точки зрения жизни месте? Является ли это всего лишь удачным совпадением? И есть ли более глубокое объяснение этому факту?
Но Земля не единственная планета во Вселенной и даже в Солнечной системе. Есть много других. Это заставляет посмотреть на вещи под иным углом. Чтобы понять, что я имею в виду, представьте, что вы зашли в обувной магазин. Вы почему-то считаете, будто в этом обувном магазине есть обувь только одного размера. Представляете, как вы обрадуетесь, когда продавец принесёт вам пару ботинок, идеально вам подходящих. «Из всех возможных размеров обуви, — подумаете вы, — удивительно, что этот размер оказался именно моим. Является ли это всего лишь счастливым совпадением? И есть ли более глубокое объяснение этому факту?» Но вопрос отпадёт, как только вы узнаете, что магазин продаёт обувь всех размеров. Похожая ситуация имеет место во Вселенной со многими планетами, расположенными на разных расстояниях от своих звёзд. Так же как нет ничего удивительного в том, что среди всех размеров обуви в магазине нашёлся по крайней мере один подошедший вам, так же нет ничего удивительного, что среди всех планет во всех солнечных системах во всех галактиках есть, по крайней мере, одна, расположенная на правильном расстоянии от звезды, что даёт климат, благоприятствующий нашей форме жизни. Конечно, мы с вами живём на одной из таких планет. Мы просто не сможем развиваться и жить на других планетах.
Поэтому нет никакой фундаментальной причины, почему Земля находится на расстоянии в 150 миллионов километров от Солнца. Определённое значение орбитального расстояния планеты от звезды обусловлено набором исторических случайностей, неисчислимых тонкостей в свойствах вращающегося газового облака, из которого образовывается та или иная солнечная система; это событие зависит от множества обстоятельств, не имеющих фундаментального объяснения. Действительно, такие астрофизические процессы привели к образованию планет во всём космосе, вращающихся вокруг своих звёзд на разных расстояниях. Мы живём на одной из них, расположенной на расстоянии в 150 миллионов километров от нашего Солнца, потому что именно на такой планете может развиваться наша форма жизни. Неспособность учесть эту систематическую ошибку отбора приведёт нас к поиску более глубокого ответа. Но это мартышкин труд.
Статья Картера подчёркивала важность принятия во внимание подобной систематической ошибки, учёт которой был назван им антропным принципом (неудачное название, потому что эта идея в равной степени применима к любой форме разумной жизни, которая проводит и анализирует наблюдения, а не только к человечеству). Никто не стал возражать против этой части рассуждений Картера. Дискуссионной оказалась часть, где он предположил, что антропный принцип может быть распространён не просто на отдельные объекты во Вселенной, например орбитальные расстояния планет, но и на всю Вселенную в целом.
Чтобы это могло значить?
Представьте, что вы размышляете над некоторым фундаментальным свойством Вселенной, скажем, массой электрона, 0,00054 (в долях от массы протона), или над силой электромагнитного поля, 0,0073 (в терминах его константы связи), или над главной нашей целью в этой главе — величиной космологической постоянной, 1,38 × 10−123 (выраженной в планковских единицах). Вы намерены объяснить, почему эти константы имеют именно такие значения. Пытаетесь снова и снова, но остаётесь с пустыми руками. Сделайте шаг назад, говорит Картер. Возможно, что причина ваших неудач такая же, как при объяснении расстояния от Земли до Солнца: фундаментального объяснения просто не существует. Подобно существованию множества планет на разных расстояниях, среди которых есть и планета, населённая нами, потому что её орбита приводит к благоприятным условиям для жизни, возможно, существует много вселенных с разными значениями «констант», а мы с необходимостью находимся во Вселенной, в которой эти значения благоприятствуют нашему существованию.
При таком образе мысли спрашивать, почему константы имеют такие значения, какие они имеют, неправильно. Нет никакого закона, определяющего их значения; они могут варьироваться, и действительно варьируются, внутри мультивселенной. Наша внутренняя систематическая ошибка отбора гарантирует, что мы находимся в той части мультивселенной, в которой привычные нам значения констант таковы просто потому, что мы не можем существовать в частях мультивселенной с другими значениями констант.
Отметим, что в случае, когда наша Вселенная единственная, подобные рассуждения теряют смысл, и вы по-прежнему можете задаваться вопросами насчёт «счастливого совпадения» или «глубокого понимания». Подобно тому как убедительное объяснение наличия в обувном магазине именно вашего размера требует, чтобы полки в магазине были плотно набиты обувью разных размеров, подобно тому как убедительное объяснение существования планеты, расположенной на биологически благоприятном расстоянии от звезды требует, чтобы существовало много планет, вращающихся вокруг своих звёзд на разных расстояниях, точно так же убедительное объяснение значений фундаментальных констант в природе требует огромного выбора вселенных, наделённых разными значениями констант. Только тогда — в рамках концепции мультивселенной — антропный принцип способен развеять ореол загадочности.[23]
Тогда очевидно, что ваша готовность принять антропный принцип зависит от того, насколько сильно вы верите в следующие три существенные предположения: (1) наша Вселенная — это часть мультивселенной; (2) в разных вселенных мультивселенной константы находятся в широком диапазоне возможных значений; (3) жизнь в известной нам форме невозможна при почти всех отклонениях от наблюдаемых значений констант.
В 1970-х году, когда Картер выдвинул эти идеи, на обсуждение концепции параллельных вселенных было наложено табу. Да и сейчас есть достаточно причин для скептицизма. Но мы видели в предыдущих главах, что хотя выбор того или иного конкретного вида мультивселенной остаётся сугубо умозрительным, есть причины серьёзно отнестись к такому новому взгляду на окружающую нас действительность. Это доводы в пользу предположения (1). Многие учёные сейчас им следуют. Что касается предположения (2), мы видели, что, например, в инфляционной мультивселенной и мультивселенной на бране значения фундаментальных констант природы действительно могут варьироваться от вселенной к вселенной. Далее в этой главе мы остановимся на этом вопросе более подробно.
Но как насчёт предположения (3), о взаимосвязи жизни с определёнными значениями констант?