Леонард Сасскинд - Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной
Джордж Смут, один из пионеров в обнаружении реликтового излучения, в порыве сверхэнтузиазма однажды сравнил карту реликтового излучения с ликом бога. Но мне кажется, что для пытливых умов зашифрованная голограмма бесконечных карманных вселенных является гораздо более интересной и точной интерпретацией этой картины.
Глава 13. Подведение итогов
Слоганы
Одна тема проходит связующей нитью сквозь весь наш длинный и извилистый тур от фейнмановских диаграмм до бурлящих вселенных – наша собственная Вселенная представляет собой необыкновенное место, которое, как кажется, было фантастически хорошо сконструировано для нашего существования. Эта уникальность не является тем, что можно приписать случайному стечению обстоятельств. Это слишком маловероятно. Такое явное совпадение взывает к объяснению.
Чрезвычайно популярным не только среди широкой публики, но и среди многих учёных[101] является объяснение, что некий «суперархитектор» создал Вселенную с определённым благожелательным замыслом. Сторонники этой точки зрения – разумного замысла – утверждают, что он вполне научно и идеально согласуется со всеми космологическими и биологическими фактами. Разумный демиург не только выбрал для своего замысла отличные Законы Физики, но также направил биологическую эволюцию, проведя её в обход тупиковых ветвей от бактерий до человека разумного. Но это объяснение, будучи эмоционально успокаивающим, является интеллектуально неудовлетворительным. Оно оставляет без ответа вопросы, кто создал самого демиурга, какой механизм использовал демиург для вмешательства в ход эволюции, нарушает ли демиург Законы Физики для достижения своих целей, подчиняется ли демиург законам квантовой механики?
Сто пятьдесят лет назад Чарльз Дарвин предложил для науки о жизни ответ, который стал краеугольным камнем современной биологии, – механизм, который не требует ни цели, ни демиурга. Случайные мутации в сочетании с конкуренцией за возможность воспроизводства объясняют всё разнообразие видов, которые в конечном итоге заполнили все экологические ниши, включая существ, которые выживают благодаря своему остроумию. Но физика, астрономия и космология пока не могут похвастаться такими успехами. Дарвинизм может объяснить возникновение человеческого мозга, но уникальность Законов Физики по-прежнему остаётся загадкой. Эта головоломка, возможно, сдастся, наконец, под напором физической теории, сыграющей в физике такую же роль, какую теория Дарвина сыграла в биологии.
Физические механизмы, о которых я рассказывал в этой книге, имеют два ключевых сходства с теорией Дарвина.
Первое из них – это огромный ландшафт возможностей – чрезвычайно богатое пространство всевозможных конструкций.[102] Существует более 10 000 видов птиц, более 300 000 видов жуков и миллионы видов бактерий. Общее же число возможных видов, несомненно, неизмеримо больше.
Является ли число возможных биологических видов настолько же большим, как и число различных вариантов вселенных? Это зависит от того, что именно мы подразумеваем под возможным биологическим видом. Одним из способов определения числа всех возможных биологических конструкций является перебор всех вариантов последовательностей пар нуклеотидов в большой молекуле ДНК. Молекула человеческой ДНК содержит около миллиарда пар оснований, и для каждого основания есть четыре варианта. Общее количество возможных вариантов оказывается невероятно огромным: 41 000 000 000 (или порядка 10600 000 000). Это намного больше, чем 10500 – количество всевозможных долин Ландшафта, подсчитанное струнными теоретиками путём перебора всех возможных конфигураций потоков. Но разумеется, большинство из вариантов последовательностей ДНК оказываются нежизнеспособными. С другой стороны, большинство из 10500 вакуумов также являются непригодными для жизни. В любом случае оба числа настолько велики, что они выходят далеко за пределы наших способностей их представить.
Второе ключевое сходство – это сверхплодотворный механизм воплощения всевозможных «чертежей» «в железе». Дарвиновский механизм включает репликацию, конкуренцию и задействует для своей работы огромное количество атомов углерода, кислорода и водорода. Механизм вечной инфляции также предполагает экспоненциальную репликацию, но – объёма пространства.
Как говорилось в главе 11, процесс заселения ландшафта имеет сходство с биологической эволюцией, но также он имеет по крайней мере два очень больших различия. Первое из них обсуждалось в главе 11. Биологическая эволюция вдоль заданной филы состоит из последовательности практически неотличимых друг от друга индивидуальных организмов, и чтобы обнаружить отличие, необходимо сравнивать организмы, отстоящие друг от друга на много поколений. Но если мы проследим генеалогию нескольких поколений пузырей, то мы в каждом следующем поколении будем обнаруживать большие отличия в энергии вакуума, массах частиц и прочих Законах Физики. Если бы дети так сильно отличались от родителей, это сделало бы дарвиновскую эволюцию невозможной. Количество монстров-мутантов будет настолько превосходить численность относительно нормального потомства, что выживание их вида в условиях конкуренции с другими видами станет невозможным.
Как же тогда Мегаверсум оказался настолько богат разными «видами», если биологическая эволюция в тех же условиях заходит в тупик? Ответ лежит во втором большом различии между двумя видами эволюции: различные карманные вселенные не конкурируют между собой за место под солнцем и за пищевые ресурсы. Было бы интересно посмотреть на воображаемый мир, в котором биологическая эволюция происходит в среде, где ресурсы настолько неограниченны, что у организмов нет необходимости вести борьбу за существование. Возникнет ли в таком мире разумная жизнь? В большинстве моделей дарвиновской эволюции борьба за существование является ключевым фактором. Что произошло бы без неё? Рассмотрим частный случай: последний шаг в развитии нашего собственного вида. Около 100 000 лет назад кроманьонцы боролись за существование с неандертальцами. Кроманьонцы выиграли, потому что они были умнее, крупнее, сильнее и сексуальнее. Это привело к улучшению генофонда человеческой расы. Но предположим, что ресурсы были бы неограниченными и что сексуальность не была бы необходима для размножения. Привело бы это к уменьшению популяции кроманьонцев? Конечно нет. Все, кто выжил в условиях борьбы за существование, тем более выжили бы в условиях её отсутствия. Более того, многие из тех, кто в этой борьбе погиб, тоже выжили бы. Но и неандертальцев тоже было бы больше. Больше было бы и тех и других и, возможно, ещё и каких-нибудь третьих. Все население возрастало бы экспоненциально. В мире неограниченных ресурсов отсутствие конкуренции не замедлило бы эволюцию разумных существ, но привело бы к тому, что их оказалось бы больше одного вида.
Есть и третий, после физики и биологии, контекст, в котором те же две составляющих – Ландшафт и Мегаверсум – крайне важны для нашего существования. В природе существует огромное разнообразие типов планет и других астрономических тел: горячие звёзды, холодные астероиды, гигантские пылевые облака и много чего ещё. И снова оказывается, что ландшафт возможностей в этом контексте чрезвычайно богат. Одни только различия в расстоянии от родительской звезды до планеты дают нам большое разнообразие природных условий. Что касается механизма, который превращает возможность в актуальность – Большого взрыва и последующей гравитационной конденсации вещества, – то только в наблюдаемой части Вселенной этот механизм, по самой пессимистичной оценке, должен был создать порядка 1022 планет.
В каждом из этих случаев ответ на вопрос о нашем собственном существовании точно такой же: имеется много существ/планет/карманных вселенных и многих других возможных конструкций. Количество их настолько велико, что чисто статистически некоторые из них окажутся жизнеспособными/приспособленными для возникновения разумной жизни. Большинство же существ/вселенных/небесных тел нежизнеспособны/непригодны для жизни. Нам просто повезло. Это и есть смысл антропного принципа. Нет никакой магии, нет никакого сверхъестественного демиурга, а есть лишь самый обычный закон больших чисел.
Мой друг Стив Шенкер – один из мудрейших физиков, который я знаю, любит формулировать свои тезисы в виде слоганов. Он считает, что если важная серьёзная идея не может быть сформулирована в виде пары коротких фраз, то такая идея не заслуживает внимания. Мне кажется, что он прав. Вот некоторые примеры слоганов, иллюстрирующих развитие физики.
Ньютоновская механика:
Специальная теория относительности:
и
