Несколько примеров «тонкой настройки» Вселенной

В последнюю четверть века в космологическом сообществе возникла и получила развитие одна устойчивая и важная тенденция³⁰. Речь идет о признании, что многочисленные факты указывают на «точно выверенную» Вселенную, которая как будто специально «настроена» так, чтобы в ней, или по крайней мере в некоторых ее уголках вроде нашей Земли, могла существовать жизнь. Лишь немногие отрицают весьма необычную природу этих физических параметров, которые трудно объяснить одним лишь стечением обстоятельств. Некоторые из этих выкладок сведены в Таблицу 2.1. Чтобы все эти факторы в их сложной и крайне точной взаимосвязи возникли «по счастливой случайности», должно было произойти великое множество совпадений. Многие видят в свидетельствах «тонкой настройки» Вселенной отпечаток разумного замысла высшего порядка. Другие, конечно, высказывают серьезные сомнения, но лишь некоторые не видят во всем происходящем ничего необычного.

Возможность возникновения тех или иных естественных факторов можно вычислить с определенной долей вероятности. Подобными вычислениями нередко злоупотребляют, но если их использовать корректно, то мы сможем составить весьма точное представление о том, какие шансы на возникновение были у того или иного физического фактора. Не нужно быть профессиональным игроком, чтобы понять, что если вы подбрасываете монетку, то у нее есть один шанс из двух упасть решкой вверх; и если вы бросаете игральную кость, то у вас есть один шанс из шести выкинуть пятерку. Если в мешке 99 голубых шариков и один желтый, то у вас есть лишь один шанс из 100 вытянуть из этого мешка желтый шарик с первой попытки и не глядя.

Вероятность, или шанс, что те или иные явления дадут нужный результат, резко снижается, когда мы рассматриваем несколько маловероятных событий вместе. Чтобы высчитать вероятность тех или иных событий в их совокупности, необходимо умножить вероятность одного на вероятность другого³¹. Например, шанс выкинуть пятерку в игре с одной игральной костью равен одному из шести; шанс выкинуть две пятерки одновременно в игре с двумя игральными костями уже гораздо меньше — один из 36 (1/6 х 1/6); шанс выкинуть три пятерки на трех игральных костях одновременно еще меньше — один из 216 (1/6 х 1/6 х 1/6); а выкинуть четыре пятерки за один бросок у вас есть всего лишь один шанс из 1296 (1/6 х 1/6 х 1/6 х 1/6). Другими словами, если вы будете бросать четыре игральных кости снова и снова, то выкинуть четыре пятерки одновременно вам удастся в среднем лишь один раз каждые 1296 бросков. Совокупность маловероятных событий, наблюдаемых нами во Вселенной, невообразимо сложнее. Шансы на то, что они произошли или произойдут одновременно, неизмеримо малы. Вот лишь несколько примеров таких совокупностей во Вселенной.

Солнце. Жизнь была бы невозможна без Солнца, потому что иначе нашу Землю сковал бы невыносимый холод. Мы воспринимаем Солнце как само собой разумеющееся, изредка поминая его с благодарностью за «добросовестность» в обогреве и освещении. Солнечный свет, благодаря процессу фотосинтеза, протекающему в растениях, снабжает нас насущной пищей. Земля вращается именно на той орбите, которая обеспечивает необходимую для жизни температуру. Если бы она была ближе к Солнцу или дальше от него, то мы бы мучились либо от нестерпимой жары, либо от нестерпимого холода. Температура поверхности Венеры, находящейся ближе к Солнцу, составляет около 460 градусов Цельсия, в то время как на Марсе, который дальше Земли от Солнца, — минус 23. По оценкам ученых, будь наша Земля всего лишь на пять процентов ближе или дальше от Солнца, она лишилась бы всякой жизни³².

Источником энергии Солнца служит термоядерная реакция, в результате которой из водорода получается гелий (Рис. 2.2). По ходу этого процесса выделяется энергия, эквивалентная примерно 0,7 процентам массы участвующих в реакции слияния протонов водорода³³. Речь идет о том же процессе, который происходит при взрыве водородной бомбы, и наше Солнце в некотором смысле представляет собой контролируемый водородный взрыв. Термоядерная реакция Солнца вот уже долгое время обеспечивает нас нужным количеством тепла и света и, по оценкам ученых, будет протекать еще пять миллиардов лет. Температура поверхности Солнца очень велика, а предлагаемые научные модели его строения позволяют предположить, что внутри оно еще горячее. На нем то и дело появляются громадные, величиной с иную планету пятна и вспышки, говорящие о бурной внутренней активности. Солнце находится как бы в равновесии между силой тяготения, втягивающей ее более холодную поверхность внутрь, в направлении ядра, и направленным наружу давлением, возникающим в результате термоядерной реакции. И баланс этот, похоже, очень хрупок.

Происхождение углерода. Углерод — это универсальный элемент, образующий химический каркас жизни на Земле, а именно, органические молекулы, которые мы находим в живых организмах, включая ДНК, белки, углеводороды и жиры. Как оказалось, своим существованием этот важный элемент обязан исключительно «счастливому» стечению обстоятельств. Когда космологи стали изучать, каким образом в результате звездного термоядерного синтеза образуются те или иные элементы, ими было отмечено, что в результате этой реакции появляются лишь незначительнейшие следы углерода, в то время как углерод является четвертым по распространенности элементом во Вселенной. Знаменитый британский ученый сэр Фред Хойл предположил, что углерод должен иметь специфический уровень энергетического резонанса, который облегчал бы его образование в результате слияния ядер гелия и атомов бериллия. Резонанс — это своего рода согласие между различными факторами (энергетическими уровнями и целями), которое делает возможным то или иное событие. Это все равно как правильно рассчитать удар по мячу; если расчет верен, мяч оказывается в воротах. Подобным же образом и правильный уровень резонанса способствует образованию новых атомов. Резонанс серьезно повышает вероятность того, что ядро бериллия, образованное из двух ядер гелия, сольется с еще одним ядром гелия и возникнет атом углерода (Рис. 2.2). Без этого резонанса гелий и бериллий будут вести себя как ни в чем не бывало. Когда коллеги Хойла из Калифорнийского технологического института определили резонансный уровень углерода, он оказался точно таким, как его предсказал Хойл. Один из них, Вилли Фоулер, впоследствии получил Нобелевскую премию за исследования в этой области. Еще одним элементом в этом воображаемом ряду синтетических превращений должен быть кислород, который возник бы в результате слияния ядра гелия с ядром углерода (Рис. 2.2). Как оказалось, у кислорода резонансный уровень чуть ниже, чем нужно, так что лишь малая доля углерода превращается в кислород, благодаря чему он сохраняется в необходимых объемах. Джон Барроу из астрономического центра Университета Сассекса называет это «почти что чудом»³⁴. Было установлено, что будь резонансный уровень углерода на четыре процента ниже, или у кислорода на один процент выше, то углерода как такового не было бы вовсе³⁵. Такое впечатление, что Бог почему-то очень любит атомы углерода!

Замечательное предсказание Хойла и его экспериментальное подтверждение стало одним из знаковых событий в космологии, которое, как считают некоторые, «нельзя переоценить»³⁶. Подобные события показывают, что научное предсказание — не пустой звук. В таких предсказаниях проявляются лучшие качества науки, и ученые стараются сделать так, чтобы подобные события не остались незамеченными. Сам Хойл, не признающий ни Бога, ни христианство³⁷, был поражен полученными результатами. Он заявил, что «здравый смысл не находит иного объяснения этим фактам; как будто некий сверхинтеллект повернул по-своему законы физики, а также химии и биологии, так что о слепых силах природы и речи быть не может. Вычисления, на этих фактах основанные, представляются мне столь поразительными, что этот вывод почти не вызывает никаких сомнений»³⁸. Космологи Джон Гриббин и Мартин Рис, которые, подобно Хойлу, не считают, что Вселенная была сотворена Богом, тоже оказались под большим впечатлением от этих выводов и даже заявили: «Лучшего свидетельства, что Вселенная была создана во благо человека, не придумать»³⁹. Каким бы образом ни появился углерод — в звездах ли, как считают многие космологи, или в результате каких-то других процессов — трудно не признать, что столь важную роль в органической жизни он стал играть вовсе не случайно.

Сильное взаимодействие. В физике известны четыре фундаментальные силы или взаимодействия. Величина их основных постоянных удивительным образом соответствует их функциям. Самой могущественной силой считается сильное взаимодействие, которое связывает кварки в протоны и нейтроны, а их в свою очередь — в атомные ядра. К счастью, эта сила действует только на очень незначительном расстоянии в пределах атомных ядер, иначе Вселенная слиплась бы под ее воздействием в один огромный комок, в котором не было бы ни отдельных атомов, ни звезд, ни галактик. По всей видимости, чтобы функционировать надлежащим образом, сильное взаимодействие должно находиться в довольно узких рамках. Будь оно на два процента мощнее, у нас не было бы водорода⁴⁰, а без водорода — излучающего тепло Солнца, воды, необходимой для жизни, да и самой жизни, в органических соединениях которой очень много водорода. Если бы сильное взаимодействие было на пять процентов слабее, во всей Вселенной был бы один водород⁴¹, и устроена она была бы гораздо проще и скучнее!

Слабое взаимодействие. Эта сила тысячекратно слабее сильного взаимодействия. Она воздействует на определенные частицы в атомном ядре и управляет некоторыми формами радиоактивного распада. Слабое взаимодействие помогает контролировать сжигание водорода в солнечных недрах, благодаря чему Солнце может светить миллиарды лет, а не взрывается как водородная бомба. Будь это взаимодействие чуть посильнее, не было бы гелия, продукта солнечного термоядерного синтеза; будь оно чуть слабее, в Солнце не осталось бы водорода⁴².

Электромагнитная сила. Эта сила действует вне пределов атомных ядер при их взаимодействии с электрически заряженными частицами. Она тесно связана с принципами, которые управляют химическими преобразованиями. Она управляет электронами, вращающимися вокруг атомных ядер, а когда эти электроны меняют свои орбиты, то высвобождается часть их энергии в форме видимого света. Эта сила имеет непосредственное отношение к свету, который мы получаем от Солнца. Будь эта сила чуть мощнее, наше Солнце стало бы красным и слишком холодным, чтобы обеспечивать нас необходимым количеством тепла. Будь она чуть слабее, Солнце было бы очень горячей голубой звездой⁴³, а срок его существования был бы существенно короче, так что мы получали бы тепло с большим избытком, хоть и недолго.

Тяготение. В отличие от вышеперечисленных трех сил, сила тяготения крайне мала. Сильное взаимодействие в 10³⁹ раз сильнее гравитационного! Однако в отличие от ядерных сил, действие которых простирается не далее атомного ядра, тяготение охватывает огромные расстояния, проявляя себя даже в притяжении между галактиками. Тяготение удерживает вместе галактики, направляет звезды по их орбитам и скрепляет в одно целое материю, из которой они состоят. Это очень важная сила, которая должна быть выверена с изумительной точностью, иначе во Вселенной не будет равновесия.

Физики пытаются установить взаимосвязь между упомянутыми выше фундаментальными силами в рамках так называемой теории великого объединения, однако по сей день причинную связь между тяготением и другими силами выявить не удалось. Каждая из них как бы занимает свой уровень, необходимый для выполнения их крайне специфических функций и для взаимодействия с функциями других сил.

Ученые отмечают точно выверенное равновесие, существующее между тяготением и электромагнетизмом. Физик Пол Дэвис подчеркивает: «По имеющимся расчетам изменение силы одного из этих взаимодействий в пределах всего лишь 1/10⁴⁰ привело бы к катастрофе для таких звезд, как Солнце»⁴⁴. При таких условиях не видать бы нам нашего щедрого на тепло Солнца. 1/10⁴⁰ — это столь ничтожная величина, что и представить себе невозможно. И все-таки попробуем сделать это на следующем гипотетическом примере. Допустим, в вашем распоряжении оказалась гора деревянных спичек, огромная округлая гора, гораздо больше даже, чем сама Земля. И не в десять, и не в тысячу, и даже не в миллион раз, а более чем в миллион миллионов раз больше Земли. Эта гора едва поместилась бы между Землей и Солнцем. И лишь у одной спички во всей этой огромной куче есть серная головка, а остальные пусты. И вот, вы продрогли до костей, и вам понадобилась эта спичка, чтобы развести костер. Вероятность того, что вы вытащите эту самую спичку с серной головкой с первой попытки, не глядя, будет выше, чем один шанс из 10⁴⁰. У вас больше шансов найти нужную спичку, чем у тяготения — получить нужное значение.

Можно ли доверять этим цифрам? Физики порой говорят об еще меньших шансах для прочих взаимосвязей во Вселенной: скажем, один из 10⁵⁰, 10⁶⁰ или даже из 10¹⁰⁰. Подобного рода выкладки помогли установить, что Вселенная действительно очень тонко настроенный механизм, и ныне эти цифры получили повсеместное признание. Но при этом нельзя забывать, что все эти вычисления основываются на крайне усложненных данных и интерпретациях и что выводы эти порой подвергаются сомнению. Даже мельчайшие изменения в этих силах или связанных с ними факторах могут сильно сказаться на конечных выводах. С другой стороны, мы имеем дело с таким количеством выверенных с величайшей точностью взаимосвязей, что очень трудно не согласиться с концепцией «тонкой настройки» нашей Вселенной. Каким образом рассмотренные нами четыре фундаментальные силы могли выбрать для себя нужные значения в необъятном диапазоне величин, а затем занять соответствующие «сферы влияния», и все по воле случая, образовав в результате ту самую Вселенную, которая так благоприятна для органической жизни?

Масса субатомных частиц. Мы упоминали ранее, что масса протона в атоме в 1836 раз больше массы электрона; нейтрон весит чуть больше, чем протон. И эта незначительнейшая разница в их массах играет крайне важную роль. Стивен Хокинг указывает, что «если разница масс протона и нейтрона не была бы примерно вдвое больше массы электрона, то не получилось бы около двух сотен стабильных нуклидов [химических элементов и их изотопов], составляющих химические элементы и являющихся основой химии и биологии»⁴⁵. Другими словами, случись мельчайшее изменение массы протона или нейтрона, и у нас не было бы ни химических элементов, ни химических превращений, ни химиков, ни каких-либо более крупных образований вроде планет, звезд и галактик. Массу протона нельзя менять даже на тысячную долю⁴⁶.

Трехмерное пространство. Мы многое воспринимаем как должное. В том числе и три пространственных измерения, в рамках которых мы существуем. Но почему их именно три? Отсутствие каких-либо измерений можно представить в виде точки; представив одно измерение, мы получим линию, два — плоскость, три — объемный объект. Мы говорим о времени как о четвертом измерении, но это не пространственное измерение. Теория струн постулирует до 11 измерений, но загоняет многие из них в невидимость и/или малозначительность. Эта теория еще не до конца последовательна, и ей не хватает прямого экспериментального подтверждения⁴⁷.

Опять же, почему у пространства только три измерения? Когда Вселенная приобретала свои нынешние очертания, почему она не остановилась на двух или четырех, а то и много больших измерениях? Двухмерная Вселенная выглядела бы очень странно. Двухмерная кошка развалилась бы на две половинки (Рис. 2.3), да и двухмерной курице было бы не сохранить себя как единое целое, не говоря уже о том, чтобы нести двухмерные яйца для совершенно плоских двухмерных яичниц. Разумная жизнь любой степени сложности в двух измерениях была бы невозможна; для нее необходима трехмерная Вселенная. Похоже, что четырехмерное пространство (не включая время) тоже обернулось бы катастрофой. Сила тяготения удерживает нашу Землю на ее орбите вокруг Солнца и не дает умчаться в глубины космоса, как того можно было бы ожидать. В четырехмерной Вселенной «планета, замедлившая свое движение по орбите — путь даже едва-едва, со все возрастающей скоростью устремилась бы к Солнцу, а не просто изменила орбиту на меньшую. И наоборот, планета, слегка ускорившая свой орбитальный полет, непременно унеслась бы по спирали прочь от Солнца в космический мрак»⁴⁸. Эту взаимосвязь отмечают уже давно. Знаменитый богослов Уильям Пейли указывал на это свидетельство в пользу Божьего замысла два столетия назад. По всей видимости, на атомном уровне в четырехмерной Вселенной мы столкнулись бы с той же проблемой, потому что у электронов, вращающихся вокруг ядер, не было бы стабильных орбит, и у нас «не было бы атомов в привычном понимании»⁴⁹.

Откуда взялись законы природы? Большинство ученых испытывают глубокий пиетет перед законами природы. Без этих законов наука не существовала бы вовсе. Они делают ее доступной для понимания, логичной и крайне увлекательной. К примеру, тяготение и электромагнитное взаимодействие починяются так называемому закону обратных квадратов. Их сила обратно пропорциональна расстоянию от источника. Если увеличить это расстояние вдвое, тяготение и электромагнитная сила уменьшатся в четыре раза. Вот почему по мере удаления от нее так резко тускнеет пламя свечи. Во множестве других законов прослеживаются очень точные и сложные математические взаимосвязи. Чем обусловлена такая точность? Откуда взялись законы природы, требующие столь точных величин и сложных взаимосвязей? Если рассматривать этот вопрос с натуралистической точки зрения, исключающей существование Бога, то придется допустить невероятное число случайных совпадений, приведших к возникновению удивительно «точного» мироздания.

Можно предположить, что законы возникли просто из причинной обусловленности бытия, но это по большому счету лишь домысел. Почему же на месте Вселенной не появились беспорядочные, бесформенные сгустки некоей аморфной массы? Ведь именно такого результата можно было бы ждать от случайных взаимодействий, но как раз этого-то мы и не наблюдаем. Напротив, нам открываются кварки и прочие субатомные частицы, которые взаимодействуют друг с другом и образуют более сотни высокоорганизованных элементов, которые также вступают друг с другом в сложные взаимодействия. В результате может высвобождаться энергия, как в случае с Солнцем, либо происходят всякого рода жизненно важные химические превращения, например, производство гормонов. Из этих атомов могут возникать образования меньше молекулы воды либо столь значительные, как Солнце, галактики, да и сама Вселенная. Материя по своей структуре высоко организована и крайне сложна.

Каким же образом из ничего возникла упорядоченная Вселенная, да еще вместе с законами, необходимыми для ее существования? По воле случая? Все это противоречит тенденции к беспорядку, которую мы наблюдаем в естественном мире. Активные процессы в природе ведут к хаосу, а не к упорядочиванию. Когда дождь прибивает к земле пыль или ураган сносит крыши с домов, беспорядок и хаос только усугубляются, а отнюдь не сходят на нет. У природы склонности к самоорганизации не больше, чем у взрыва в типографии шансов произвести на свет толковый словарь. Эти примеры служат иллюстрацией некоторых последствий второго закона термодинамики, который указывает, что превращения в природе стремятся к дезорганизации, к перемешиванию, и чем больше этим изменениям дается времени, тем хаотичнее становится мир. Эту дезорганизацию принято называть энтропией. Чем больше хаоса, тем больше энтропия, и наоборот — чем больше упорядоченности, тем меньше энтропии. Я нередко отмечаю увеличение энтропии на собственном рабочем столе, когда на нем скапливаются стопки книг, журналов и компакт-дисков, кучи писем и факсов, которые смешиваются друг с другом в произвольных сочетаниях. Согласно второму закону термодинамики Вселенная движется в направлении максимальной дезорганизации, или энтропии, а это, в свою очередь, говорит о том, что в начале своей истории она была более структурирована, чем сейчас. И неважно, какой модели возникновения Вселенной вы доверяете больше — Большому взрыву или любой другой, так или иначе второй закон термодинамики подразумевает, что у Вселенной было начало и был тот, кто ее упорядочил. Если бы она существовала «вечно», то на данный момент она находилась бы в крайне хаотичном состоянии, а она по-прежнему остается высоко организованной структурой, что говорит о ее сравнительно недавнем возникновении.

Ученые высчитали, какова вероятность случайного упорядочения Вселенной, и оказалось, что она настолько мала, что просто выходит за рамки здравого смысла. Известный физик и математик, профессор Оксфордского университета Роджер Пенроуз, имея в виду эту вероятность, замечает: «Насколько большим должен быть объем изначального фазового пространства, чтобы в результате творения получилась вселенная, совместимая со вторым законом термодинамики и с тем, чтобы мы ныне наблюдаем?… Творец должен был ограничить свой выбор точностью — всего около 1/10^10(123)»⁵⁰. Эта вероятность ничтожно мала. Эта цифра означает, что без Творца у Вселенной был всего лишь один шанс из великого множества, представляющего собой единицу с 10¹²³ нулями, чтобы принять тот вид, который она имеет в настоящее время⁵¹. Если вы попытаетесь изобразить это число, поместив ноль на каждый атом в обозримой Вселенной, то атомы у вас кончатся гораздо быстрее, чем нули. Во всей Вселенной насчитывается не более 10⁷⁸ атомов. Столь неправдоподобные шансы должны побуждать к поиску альтернативных вариантов возникновения Вселенной. И многие ученые признают эти цифры, отражающее столь ничтожную вероятность случайного образования Вселенной, но при этом не предлагают никаких более или менее реалистичных альтернатив, которые укладывались бы в рамки материалистических интерпретаций, исключающих существование Бога.