Последняя редакция 06.09.2022
Но у служителей культа оставался в запасе последний аргумент - набор уникальных мировых констант.
Наш мир действительно кое в чем поражает. Он как будто нарочно сделан так,
словно природа задалась целью вырастить в нем сложные структуры.
Протон тяжелее электрона в 1836 раз. Почему? Из теории не
вытекает, что соотношение масс протона и электрона должно быть именно таким. Но
если бы оно было хоть немножко другим, ни молекулы, ни атомы в такой Вселенной
существовать бы не могли.
Даже если бы масса электрона была хоть чуть-чуть выше (всего на 0,1% от массы атома водорода),
время горения звезд сильно сократилось бы, и эволюция просто не успела бы породить жизнь.
Если бы энергия связи
в ядре дейтерия была всего на 0,02% ниже, не смог бы идти синтез ядер в звездах.
Мировая гравитационная константа в законе всемирного тяготения, равна 6,672. Если бы константа была
чуть больше, Вселенная давно бы уже схлопнулась
обратно в сингулярность. И физики не видят причин, по которым гравитационная
константа именно такова.
То же самое касается значений зарядов частиц, скорости света, сил ядерных взаимодействий.
Известны десятки констант и соотношений между ними. Причем все они критически важны для
существования нашего мира. И все они не вытекают ни из каких теорий. Словно кто-то
подбирал такие значения мировых констант, чтобы в нашем мире появились условия для создания жизни.
Кроме этого, хоть картина Вселенной, в начале своего развития очень горячей и
остывавшей по мере расширения, хорошо согласуется с данными наблюдений,
оставался без ответа ряд важных вопросов.
Во-первых, почему новорождённая Вселенная была такой горячей?
Во-вторых, почему Вселенная столь однородна в больших масштабах, почему она
выглядит одинаково из всех точек пространства и во всех направлениях?
В-третьих, почему в самом начале скорость расширения Вселенной была столь
близка к критической, что едва позволяла избежать немедленного обратного сжатия?
Если бы через секунду после Большого Взрыва эта скорость была меньше всего на
миллиардную часть, Вселенная тут же пережила бы коллапс. С другой стороны,
будь скорость расширения в ту секунду на такую же долю больше требуемой,
Вселенная расширилась бы настолько, что сейчас была бы практически пустой.
В-четвёртых, несмотря на однородность Вселенной в больших масштабах,
она содержит локальные скопления материи в виде звёзд и галактик.
Предполагается, что они возникли за счёт небольших различий плотности
вещества в разных областях Вселенной на ранних стадиях её развития. Но из-за
чего возникли эти различия плотности?
Общая теория относительности не может ответить на эти вопросы, потому что она предсказывает:
Вселенная началась с бесконечной плотности, с сингулярности Большого Взрыва.
В самой сингулярности общая теория относительности и все известные физические законы
не действуют. Нельзя предсказать, что выйдет из сингулярности.
Богословов данное обстоятельство чрезвычайно радует, и они с
торжествующе говорят о провидении божьем.
Этот парадокс получил название антропного принципа, говорящего, что мир такой,
какой он есть для того, чтобы в нем мог существовать человек.
Но в антропном принципе причина и следствие перепутаны местами. Не мир таков,
чтобы в нем мог существовать человек. А человек, привыкший к этому миру, думает,
что этот мир якобы создан для него. Конечно же, миру дела нет, существуют в нем люди или нет.
В антропном принципе причина и следствие перепутаны местами.
Однако нельзя исключать, что мировые константы на самом деле друг с другом
взаимосвязаны и вытекают друг из друга, только физики еще этих законов не открыли.
Антропный принцип в конце-концов получил естественное объяснение.
Алан Гут предложил следующую модель: множество различных начальных конфигураций
могут эволюционировать в некое подобие нынешней Вселенной. Гут предположил,
что новорождённая Вселенная могла пережить период очень быстрого,
экспоненциального, расширения. Такое расширение называют инфляционным.
Гут допустил, что Вселенная после Большого Взрыва была очень горячей.
Если вакуум кипит флуктуациями, одна из которых разрослась даже до уровня нашей Вселенной, то
почему, собственно, Вселенная должна быть только одна? Это выглядит даже
странно. Вселенных должны быть мириады.
Пузыри вселенных появляются, раздуваются и схлопываются. В каждой из
бесконечного множества вселенных свой набор физических констант. Просто в тех
вселенных, где физические постоянные иные, невозможно зарождение сложных структур.
Из бесконечного числа вселенных есть процент тех, в которых может появиться жизнь.
Другими словами, из бесконечного числа вселенных есть процент тех, в которых может появиться жизнь.
Вот так еще раз проявился закон эволюции - природа играет вслепую. Из триллиона
попыток создания вселенных - одна удачная. Каждая миллиардная частичка в
новорожденной Вселенной выживает. У мальков осетра выживает один из тысячи. У
львят выживает больше половины. На пути эволюции природа умнеет.
Любопытную теорию выдвинул профессор Пенсильванского университета Ли Смолин.
Он применил принцип биологической эволюции к вселенным. Люди всегда с удивлением смотрели на то,
что все животные удивительным образом приспособлены для жизни в своих природных условиях. "Кто
же это все так разумно устроил? Не иначе, бог!" - полагали они.
Дарвин показал, как получается разумное устройство без всякого бога. В его время гены и
мутации еще не были открыты, поэтому он не мог сказать, отчего происходят изменения в организмах.
Но он точно предугадал, что случайные изменения у животных должны происходить
от поколения к поколению. И среди родившихся выживает и дает потомство наиболее приспособленный
(при этом приспособленность не всегда очевидна на наш, человеческий, взгляд).
Этот же принцип предложил применить Смолин по отношению к вселенным. И у них, по Смолину, идет
отбор. Потому что они: 1) размножаются, 2) у размножившихся "выживают" и дают
потомство только те, в которых потомки не очень отличаются от предков.
Смолин предположил, что Вселенные размножаются при помощи черных дыр. Черная дыра -
это угасшая массивная звезда, в которой начался гравитационный коллапс. По мере выработки
горючего газовый шар звезды перестает распирать изнутри давлением горячего газа,
и вещество начинает сжиматься под действием гравитации.
У некоторых звезд гравитационное сжатие доходит до так называемой нейтронной стадии -
звезда превращается в небольшой объект диаметром в несколько десятков километров,
состоящий из одних нейтронов. Мощная гравитация загоняет в такой звезде
электроны внутрь протонов, получаются электронейтральные
нейтроны. Сами нейтроны нестабильны (время жизни свободного нейтрона 16 минут),
но в тесных условиях звезды они просто не могут распасться. Тело нейтронной
звезды имеет плотность ядерного вещества и представляет собой как бы одно
гигантское атомное ядро. Булавочная головка такого вещества весит миллионы
тонн. В нейтронной звезде силы гравитации уравновешиваются силами
взаимодействия между нейтронами.
Если же масса звезды еще больше, ее сжатие не может остановить уже ничто.
Звезда коллапсирует - схлопывается в точку. В какой-то момент коллапса
гравитация становится такой сильной, что даже свет не может вырваться из звезды.
Поэтому и воспринимается она внешним наблюдателем, как черная дыра в пространстве.
Критический радиус, после сжатия за который уже ничто не может вырваться из плена такой звезды,
и после которого она, собственно, и превращается в черную дыру, называется горизонтом событий.
Так называют границу, из-за которой до нас не может долететь электромагнитное излучение (свет).
А поскольку электромагнитное излучение - самое быстрое в мире, получается, что
никакую информацию из-за горизонта событий мы получить не можем. Ведь
информация - это определенным образом организованная материя. Например,
радиоволна. И если даже излучение не "добивается" до нас из-за горизонта
событий, значит, никакая информация оттуда не могут быть получена - нечем доставить.
Для внешнего наблюдателя сжатие звезды по мере приближения к горизонту событий будет все
замедляться и замедляться, но с точки зрения самой звезды коллапс происходит
почти мгновенно. Эффект теории относительности - тяготение замедляет течение времени.
Звезда схлопывается в точку. Такая точка называется сингулярность.
Черные дыры - зародыши новых вселенных - предположил Смолин. Уйдя от нас за горизонт событий,
они сжимаются в сингулярность, которая взрывается в иную вселенную "в другом
пространстве". Точнее, не в другом, а в своем собственном.
Новая вселенная сама создает себе и время, и пространство. Совершенно не мешая
нашей Вселенной. Да и как она может помешать из-за горизонта событий?
Набор физических констант во вселенной может быть любым.
Набор физических констант в новорожденной вселенной может быть любым. Но если он таков,
что в этой вселенной не образуются даже атомы, звезды в такой вселенной не зажгутся
и, соответственно, не будет черных дыр. И значит, такая вселенная окажется
бесплодной. Род вселенных она не продолжит. А вселенные с подходящим набором
"цифр" размножатся потом через черные дыры. Так растет число "правильных"
вселенных, в которых горят звезды, а значит - из них получаются черные дыры и
попутно возникает жизнь вокруг звезд на планетах.
Роль биологических мутаций во вселенных играет изменение физических констант. Вот такой вселенский отбор.
В 2011 году была выдвинута следующая гипотеза. Вещество, попадая в черную дыру,
проходит сквозь точку сингулярности и выбрасывается в так называемую белую дыру,
которая расширяется. Эту пространственно-временную геометрию назвали чёрно-белой дырой.
Уравнения показывают, что происходит своеобразная осцилляция: поток энергии из
сжимающейся области чёрной дыры продолжается в расширяющуюся область белой.
Импульс не спрячешь: коллапс инвертируется в антиколлапс с сохранением полного импульса.
И это уже иная вселенная. Это значит, что и наша Вселенная, возможно, является
порождением какого-то другого мира.
Картина, следующая из полученных решений уравнений гравитации, складывается такая.
Родительская звезда коллапсирует в материнской вселенной и формирует чёрную дыру.
В результате коллапса вокруг звезды возникают разрушительные приливные гравитационные силы,
которые деформируют и разрывают вакуум, рождая в пустом до того пространстве материю.
Эта материя из сингулярной области чёрно-белой дыры попадает в другую вселенную,
расширяющуюся под действием гравитационного импульса, полученного в ходе коллапса родительской звезды.
Совокупная масса частиц в такой новой вселенной может быть сколь угодно большой.
Она может значительно превышать массу родительской звезды. При этом масса родительской чёрной дыры,
измеренная наблюдателем, находящимся во внешнем пространстве материнской вселенной,
конечна и близка к массе сколлапсировавшей звезды. Здесь нет парадокса,
поскольку разница масс компенсируется гравитационной энергией связи, имеющей отрицательный знак.
Можно сказать, что новая вселенная находится в абсолютном будущем по отношению к материнской (старой) вселенной.
В общем, все красиво в теории множественных вселенных, однако есть в ней одно "но".
Это "но" ясно выразил один из астрономов: "Гипотеза о множественности Вселенных довольно
умозрительна. С таким же успехом можно было поручить сотворение мира господу
богу! В обоих случаях, пытаясь разгадать тайну мироздания, мы просто достаем из-под
полы козырь, который не имеет ничего общего с серьезной наукой". Т.е. наука в
данном случае нагородила гипотезу принципиально непроверяемую. До сих пор
главным аргументом науки против церкви был следующий: гипотеза бога принципиально непроверяема,
недоказуема. И церковники с ними соглашались: да, недоказуема, ее надо принимать
на веру, хочешь - принимаешь, не хочешь - нет.
И вот теперь непроверяемую гипотезу выдвинули сами физики и астрономы. Поскольку все иные
вселенные лежат для нас за горизонтом событий, мы не только не можем узнать,
что в них происходит, но и не можем даже проверить, существуют ли они. Ведь все
эти вселенные лежат вне нашего времени и пространства, ибо время, пространство
и движущаяся в них материя и есть Вселенная. А другие вселенные отделены от нас
бездной несуществования.
Другое объяснение предлагает теория струн. Она говорит, что наше пространство имеет
не меньше 10 измерений. Развернуты лишь 4 (длина, ширан, высота, время).
Остальные свернуты в пространствах размером в миллиарды раз меньше, чем размеры атома,
поэтому не оказывают влияние ни на какие объекты, даже на элементарные частицы.
Лишь квантовые струны определенным образом изменяются этими измерениями.
А поскольку именно струны ответственны за все характеристики материи, то
значения фундаментальных констант определяются именно этими дополнительными,
неразвернутыми измерениями.
Правда, и это пока что тоже лишь теория.
Впрочем, у науки и на это есть свой ответ. Его подсказал математик Гедель: если доказательство
некоего положения в рамках существующей теории невозможно, значит, нужно выйти
за рамки теории. Будем ждать появления более общих физических моделей.
