Вокруг Света - Журнал "Вокруг Света" №11 за 2005 год
Таким образом, создание Вселенной, содержащей планеты и звезды, даже без разумных существ, — невероятно сложный процесс. Мы об этом не задумываемся в повседневной жизни, но, оказывается, все предметы, окружающие нас, да и мы сами, состоят из элементов, миллиарды лет назад родившихся в недрах звезд.
Уровень специального назначенияДля наглядного понимания проблем, связанных с конструированием Вселенной, стоит привести один пример. В звездах углерод образуется в две ступени. Сначала сливаются две альфа-частицы, образуя нестабильный изотоп бериллий-8. Затем к бериллию добавляется еще одна, третья альфа-частица, и появляется ядро углерода. Но, увы — бериллий-8 быстро распадается и может не дождаться третьей альфа-частицы. Значит, надо сделать так, чтобы альфа-частица прореагировала с бериллием раньше, чем тот успеет распасться. Как этого добиться? Чтобы понять этот механизм, вспомним, что ядра атомов, будучи квантовыми системами, не могут иметь произвольную энергию в возбужденном состоянии, но имеют строго определенный набор уровней, свой для каждого вида ядра. В нашем случае один из энергетических уровней ядра углерода таков, что вероятность реакции резко повышается, и это позволяет в конечном итоге образоваться углероду. Знаменитый энергетический уровень, равный 7,65 МэВ, замечателен тем, что суммарная энергия возбужденного состояния ядра углерода всего на 0,3 МэВ выше суммарной массы альфа-частицы и ядра бериллия. Эти 0,3 МэВ компенсируются кинетической энергией сталкивающихся частиц, резонансно увеличивая эффективность реакции, что было теоретически предсказано Фредом Хойлом в 1953 году. Эксперимент подтвердил правильность предсказания энергии этого уровня. Когда наша Вселенная только зарождалась, Природа уже должна была «знать» о будущей необходимости этого уровня. Здесь трудно удержаться от цитаты из работы Л.Б. Окуня «Фундаментальные константы физики»: «Когда смотришь на диаграмму энергетических уровней ядра 12С и видишь первые три уровня 4,43 МэВ, 7,65 МэВ и 9,64 МэВ, то душу охватывает чувство глубокой благодарности к уровню 7,65 МэВ за то, что он не спустился на 0,5 МэВ ниже. Какой малый запас прочности у всего, что нам так дорого!»
Комфортное существованиеБелковая разумная жизнь возможна лишь в небольшом интервале температур — от 250 до 320 по Кельвину. Для обеспечения этих условий орбита планеты должна быть такой, чтобы ее средняя температура попадала в этот интервал. Хорошо бы, чтобы она была почти круглой, иначе зимы будут долгими и холодными и все живое вымерзнет. А те, кто выживет зимой, вряд ли перенесут слишком горячее лето. Расчеты показывают, что изменение орбиты Земли всего лишь на 10% уже фатально для большинства живых существ. Есть мнение, что и ночное светило — Луна, как дополнительный источник приливов, тоже нужна для появления человека разумного. Ученые пока только предполагают, как происходило зарождение жизни на Земле и как неживая материя превратилась в живых существ. Причем химики и биологи полагают, что никакой другой естественной формы существования живых существ, кроме как на основе углеродсодержащих соединений, быть не может. Да и без такой уникальной жидкости, как вода, ни возникновение, ни существование органической жизни невозможны. Поэтому интервал комфортных условий для появления жизни достаточно узок, и его не так просто реализовать при создании планет, вращающихся вокруг звезд. Это частное обстоятельство кажется слабо связанным с антропным принципом. Однако оно ярко иллюстрирует тот факт, что даже в «хорошей» вселенной появление жизни и наблюдателей автоматически не гарантируется.
Как видите, целенаправленно сотворить вселенную, населенную Разумом, архисложно. Существует, однако, и другой путь — создание большого количества разных вселенных. Возможно, тогда какая-нибудь из них да и окажется подходящей для возникновения живых существ. Конечно, множество вселенных при этом будут «нежизнеспособны».
Если число звезд в Галактике и галактик в нашей Вселенной ограниченно, то число различных вселенных, по-видимому, бесконечно. И тогда, как бы ни была мала вероятность появления жизни в одной вселенной, в бесконечно большом количестве миров она возникает с вероятностью 100%.
Соотношение силСегодня человечеству известно четыре вида сил: гравитационные, электромагнитные, слабые и сильные. Каждое из названных взаимодействий отвечает за свой участок явлений нашего Мира, но оказывается, малейшие изменения их величины существенно трансформируют нашу Вселенную. Впечатляющие результаты были получены М. Тегмарком, проанализировавшим возможные последствия от изменения величины констант сильного и электромагнитного взаимодействий. Эти константы равны в нашей Вселенной 0,1 и 1/137, и даже небольшое их изменение приводит к неустойчивости атомных ядер и короткой жизни звезд. По мнению В. Картера, аналогичные ограничения имеются и по части отношения массы электрона к массе протона. Причем в этом случае страдают устойчивость звезд и стабильность атомарных структур. Во всех такого рода исследованиях обнаруживаются некоторые области возможных значений разного рода констант, то есть наш Мир хоть и уникален, но вполне устойчив, и иногда небольшие изменения законов, правящих Вселенной, не совсем катастрофичны для разумной жизни.
Жизнь цивилизацийДопустим, условия для возникновения разумной жизни созданы и возник Разум. Каковы дальнейшие перспективы у цивилизаций? Сколько их в наблюдаемой части Вселенной? С научной точки зрения здесь мы вступаем в наиболее спекулятивную область с удивительно бедным экспериментальным материалом. По большому счету, имеется всего два тривиальных факта: во Вселенной существует по крайней мере одна цивилизация — земная, и хотя свойства Вселенной, как предполагают ученые, одинаковы во всех ее уголках, следов других цивилизаций до сих пор не обнаружено. Тем не менее наиболее любознательная часть человечества крайне заинтересована судьбой соседей по космосу и ведет интенсивную деятельность по их поиску.
За 10 млрд. лет своего существования Галактика могла быть полностью занята колониями всего одной цивилизации. В этом случае мы появились бы, когда все подходящие планеты уже заселены. И где же они, колонисты, цивилизация которых насчитывает миллиарды лет? Почему не вступают с нами в контакт? Почему поиски следов их жизнедеятельности пока безуспешны? Возможно, наше одиночество во Вселенной лишь кажущееся, и более развитые цивилизации просто не вмешиваются в нашу жизнь. Нам незнакома цивилизация, развивавшаяся 3 или 5 миллиардов лет, а также отношение ее обитателей к своему будущему и к нам. Мы по-разному относимся к бабочкам и комарам. Кто мы для древней цивилизации, комары или бабочки? Мы о ней ничего не знаем, хотя, возможно, ее обитатели заняты более важными проблемами, чем контакты с землянами, например поиском способов выживания в охлаждающейся Вселенной.
Космологические сценарииСовременные модели эволюции Вселенной предоставляют на выбор несколько сценариев будущего, и все они не дают оснований для особого оптимизма. Основной сценарий состоит в том, что если космологическая постоянная не меняется со временем, то Вселенная будет вечно расширяться и охлаждаться. В конечном итоге останутся только нейтрино, фотоны и, возможно, электроны с протонами. Никаких звезд и планет. И лишь случайно блуждающие частицы, разделенные огромными расстояниями. Частиц и сейчас мало — 1 протон на кубометр в среднем по Вселенной, а в дальнейшем плотность будет только убывать просто из-за расширения пространства.
Еще одна опасность — так называемый Большой разрыв. Эта идея была выдвинута в 2003 году в статье Р. Колдвелла, М. Камионковского, Н. Вайнберга «Фантомная энергия и космический конец света» и с тех пор интенсивно обсуждается. Есть определенные основания предполагать, что величина взаимодействия между частицами, благодаря которому существуют все структуры, начиная с атомов, уменьшается со временем. Тогда в какой-то момент, когда взаимодействие станет слишком слабым, произойдет распад всех жизненно важных объектов и Разума в том числе.
Третья опасность. Вполне возможно, что наше пространство состоит не из трех пространственных измерений, а из много большего их числа. Мы не замечаем остальных измерений ввиду их малого размера. Но если линейные параметры дополнительных измерений увеличиваются, то со временем они начнут серьезно влиять на динамику нашего Мира.
Рассмотрим некоторые варианты выхода из положения. Предположим, что развитие идет по наиболее вероятному и благоприятному первому сценарию. Тогда главная проблема — откуда в будущем черпать энергию? Никаких привычных источников не осталось, температура практически абсолютный нуль. Но жизнь, что бы под этим ни подразумевалось, сопряжена с энергетическими затратами, и восполнение их — важнейшая задача.
