Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство
Шрифт:
Во все процессы, включающие взаимодействие вещества и электромагнитного поля, входит численный коэффициент, получивший название коэффициента тонкой структуры.
Эта величина была впервые обнаружена при подробном исследовании структуры оптических спектров атомов, что и объясняет ее наименование. Она равна почти точно 1/137. Аналогичная величина для силы гравитации равна приблизительно 10– 40.
Имея в виду странное совпадение многих величин, характеризуемых одним и тем же колоссальным числом 1040, Дирак в 1938 году написал: «Можно предположить, что такое совпадение является следствием
Хочется подчеркнуть, что Дирак, принадлежащий к крупнейшим ученым современности, проявил в этой фразе глубокую уверенность в познаваемости природы. Верным оказалось и его предвидение. Свойства космоса и элементарных частиц, как мы видели выше, действительно связаны единством взаимодействий, управляющих всем материальным миром.
В противоположность мнению Дирака, сторонники антропного принципа утверждают, что эти и другие странные совпадения чисел, характеризующих свойства природы, являются случайными. Но, говорят они, можно проверить и убедиться в том, что отклонения от этих совпадений повлекли бы за собой столь существенные изменения свойств природы, что в ней не могли бы возникнуть условия для существования людей.
Одни из них говорят: в принципе возможны и другие вселенные с другими магическими числами, но там нет людей, способных изучать природу.
Другие говорят: совпадение чисел не случайно — это предусмотрено творцом природы, богом. Но промысел божий непостижим, поэтому не следует искать смысла в таких совпадениях.
Но большинство ученых исходят из того, что природа познаваема, что цель науки — познание природы, выявление сути природных явлений и процессов, использование полученных знаний на благо человечества.
Там, где сторонники антропного принципа видят случайность или непознаваемость, физика, астрофизика и космология обнаруживают для ученых-материалистов очередной стимул к познанию, усматривают вопрос, требующий исследования.
Многие ученые пытались выяснить основы единства природы. Интерес к этой проблеме возбуждается и тем, что космология накладывает жесткие пределы на целый ряд характеристик, от которых зависит эволюция Вселенной.
Пожалуй, самым впечатляющим доводом сторонников антропного принципа являлось ограничение на плотность вещества в начале фридмановского расширения Вселенной. Конечно, речь идет не о бесконечной плотности в недоступный момент начала этого расширения, когда вся Вселенная была сжата в бесконечно малом объеме.
Мы уже знакомы с этим ограничением: самым ранним моментом, о котором мы можем судить, является планковский момент времени: 10– 43 с. Для того чтобы современный радиус видимой Вселенной был не менее 1028 см, что соответствует данным астрономов, средняя плотность массы Вселенной не должна в планковский момент времени превосходить критическую плотность на 1055 от величины критической плотности. Если эта величина превзойдена, то расширение Вселенной уже давно должно было прекратиться и она уже давно должна была сколлапсировать. Это произошло бы задолго до того, как возникли современные звезды и планеты, а значит, и жизнь современного типа. С другой стороны, если бы средняя плотность вещества Вселенной в планковский момент была меньше критической плотности в столь же ничтожное число 10– 55 раз, то расширение Вселенной происходило бы много быстрее и средняя плотность вещества в ней стала бы исчезающе малой, прежде чем могли возникнуть звезды и планеты и жизнь современного типа.
Существует еще несколько подобных жестких ограничений. Одно из них — ограничение массы типичных звезд, составляющих большинство во всех галактиках. К ним принадлежит и наше Солнце. Стоит массе звезды превзойти определенную величину, как звезда будет сиять ярким голубоватым светом. Астрономы называют такие звезды голубыми гигантами. Если же масса звезды немного меньше этой величины, она будет небольшой красноватой звездочкой — красным карликом. Подсчеты показывают, что масса звезды тесно связана с комбинацией постоянных величин, определяемых соотношением величины гравитационного взаимодействия и величины электромагнитного взаимодействия. Мы знаем, что внутри атомов величина гравитационного взаимодействия в 1040 раз слабее электромагнитного взаимодействия.
Удивительно: стоит этому отношению немного увеличиться (гравитационное взаимодействие чуть меньше или электромагнитное чуть больше) — и все звезды были бы голубыми гигантами. Стоит этому отношению немного уменьшиться — и все звезды были бы красными карликами.
Если бы природа не обеспечивала очень точного баланса, то не могло бы существовать Солнце, а вместе с ним и мы с вами.
Ученые до 1980 года не могли объяснить, чем обусловлена столь точная величина «стартовой плотности» Вселенной. Следуя Дираку, нужно было и в этом случае сказать, что такая «точная настройка» является следствием некоторой глубокой связи в природе, что задача ученых — выяснить природу этой связи, объяснить ее, исходя из фундаментальных фактов и непротиворечивых теорий.
Некоторые ученые, не видя возможности рационального объяснения совпадений ряда чисел или жесткой ограниченности величин других чисел, признают свое бессилие в выражениях, по существу признающих это результатом сознательной деятельности высших сил. Один из них, Дж. Барроу, пишет: «Многие наблюдения естественного мира, несмотря на априорную необычность, представляются в этом свете (в свете этих совпадений. — И. Р.) как неизбежные последствия нашего существования».
Другие, обсуждая эти совпадения, в той или иной форме ссылаются на антропный принцип. Они считают, что все закономерности, наблюдаемые в природе, могут быть объяснены одним аргументом: если бы это было не так, то человечество не могло бы существовать, а значит, некому было бы задавать вопросы.
Но большинство ученых, выступающих в своих профессиональных сферах как материалисты, сознательные или стихийные, придерживаются другой позиции. Они пытаются показать, что само существование жизни в известной нам форме является следствием тех закономерностей и тех характерных величин, которые существуют в реальном мире и которые мы познаем все полнее и все точнее.
Например, Р. Дикке, имя которого неоднократно появлялось на этих страницах, подходит к этой проблеме, не прибегая к антропному принципу, а привлекая на помощь физике еще и биологию. Он опирается на то, что эпоха, в которую живет человечество, а особенно ее современная фаза с развитой наукой и технологией, занимает ничтожно малую долю в эволюции Вселенной. Он говорит о том, что отрезок времени, в который человек разумный достиг современного уровня, определен не случаем и не произволом творца, а связан с характерной длительностью определенных физических процессов.
Дикке обращает внимание на то, что в основе органической жизни земного типа лежит углерод, а также азот и кислород, которых не было на ранних стадиях эволюции Вселенной. Образование атомных ядер в первичной Вселенной закончилось на ядрах гелия. Остальные элементы, в том числе и необходимые для жизни, возникли в результате процессов, протекающих в недрах звезд при больших давлениях и температурах. Затем, при взрывах тех из звезд, которые прошли стадию сверхновых, ядра этих химических элементов были выброшены взрывом звезды и рассеяны в пространстве. Из этого «сырья» возникли современные звезды и галактики. Оценка времени, необходимая для того, чтобы Вселенная пришла в современное состояние, совпадает с тем, что нужно для появления объективных возможностей возникновения жизни.