Развивающаяся Вселенная

4.2 Феномен "тонкой подстройки вселенной"

Теория самоорганизации иначе, чем раньше, решает вопрос о соотношении случайного и закономерного. Эволюционные этапы развития систем жестко детерминированы, поведение систем предсказуемо и, в принципе, управляемо. В критических же точках (точки бифуркаций), достигаемых системой на завершающих стадиях эволюционного процесса, господствует случайность. В таких точках предугадать возможное устойчивое состояние, в которое перейдет система, можно только вероятностно. Появление случайности в процессе развития – это возникновение на пути движения точки бифуркации. Такой взгляд на случайность отличается от представлений недавнего прошлого.

Концепция развития, сложившаяся в XIX веке, рассматривала появление и нарастание упорядоченности в Мире как результат либо флуктуации, либо случайного перебора вариантов, происходящего непонятно каким образом. XX век раскрыл необычайно высокую степень сложности не только жизни, но и всей Природы в любой ее части. К этому присоединилось знание того, что для перебора вариантов Природа не располагает бесконечным временем, как предполагалось раньше. А что можно достичь случайным перебором вариантов для получения сложной системы? В несколько утрированной форме подобный процесс можно представить на таком мысленном примере.

Допустим, что создан робот, умеющий быстро и качественно монтировать радиодетали на платах, а готовые платы устанавливать в блоках, и опять же случайным образом соединять между собой. Но у робота отсутствует целевая программа монтажа и все операции он выполняет, подчиняясь случайным, вероятностным командам. Извлекая из кучи деталей какую-то одну, робот ставит ее на случайное место и случайным образом соединяет с другими деталями на плате. Столь же случайно он устанавливает плату в блоке и соединяет ее с другими платами, а затем случайным образом соединяет между собой блоки. Какова вероятность того, что робот, перебирая варианты, когда-нибудь соберет цветной телевизор? Ответ ясен без каких-либо подсчетов: если время работы робота конечно, то никогда. Если же его труд продолжится бесконечно во времени, то теоретически есть маленький шанс случайного создания цветного телевизора. На самом деле в такой постановке задача сильно упрощена, ведь предполагается, что в куче находятся все необходимые детали для сборки именно цветного телевизора. Но их еще нужно придумать и создать! Не мешает добавить к сказанному, что жизнь многократно сложнее цветного телевизора.

Как выглядит та же мысленная проблема создания цветного телевизора, если исходить из представлений современной научной концепции развития? Прежде всего, отбрасывается, как абсурдное, допущение о возможности создать телевизор методом случайных переборов чего бы то ни было. Телевизор появляется как закономерный результат технического развития определенной области человеческого знания и технологического умения. В этом процессе возможны случайные обстоятельства, под их влиянием облик телевизора мог бы быть и не таким, каким мы его знаем сегодня, он мог бы возникнуть чуть раньше или чуть позже, но он не мог не возникнуть. В процессе создания и совершенствования телевизора были эволюционные, плавные этапы, время от времени они прерывались скачкообразными переходами в качественно новые состояния. Первый решающий скачок – открытие электромагнитных волн сначала радиодиапазона, а затем значительно более коротковолновых диапазонов длин волн. За ним последовал в целом эволюционный этап развития технических средств генерирования, передачи и приема таких волн сначала в радиодиапазоне, а затем и в СВЧ-диапазоне длин волн. Следующий решающий скачок – создание электронно-лучевой трубки, после чего начался этап разработки и совершенствования схем развертки луча, его модуляции, создания качественно новых электронных пушек, люминофоров и других элементов. Новый скачок – объединение электронно-лучевой трубки с радиоаппаратурой, передача и прием изображения на расстоянии. Последующая эволюция создала развернутую сеть телевидения, технологию массового изготовления и обслуживания телевизоров и т. д. Лишь после этого открылись возможности для последнего качественного скачка – создания цветного телевизора.

Законы развития техники отражают более общие законы развития Природы. Но техника порождена человеческой научной мыслью, движущей и направляющей силой развития, источником необходимой информации в этом случае выступает человеческий разум и созданный им научный аппарат. В природе эти функции выполняет сама материя с ее способностью к самоорганизации, а с появлением разума – и со способностью самоосмысления.

Развивая тему случайности, мы можем задать серию вопросов: случайна ли Вселенная в доступном нашему наблюдению облике, случаен ли человек во Вселенной и ряд других. При поиске ответов на такие вопросы необходимо учитывать следующее. Современная космология тесно связана с физикой вещества, поскольку появилось понимание, что устройство и путь развития Мегамира (Вселенной) определяются свойствами составляющих его частиц Микромира – протонов, нейтронов, электронов и других. При описании Микромира физики давно пользуются набором фундаментальных констант, называемых физическими постоянными (ФП). К ним относят: скорость света в вакууме, которая определяет предел достижимых скоростей в Мире, постоянную Планка, которая фактически определяет минимальные значения дискретных порций энергии в микромире, гравитационную постоянную, определяющую удельную силу притяжения между вещественными частицами, обладающими массами, заряд и массу электрона, заряд и массу протона, константы четырех фундаментальных взаимодействий и некоторые другие. Значения всех ФП получены экспериментально и пока не существует теоретических подтверждений их значений и того, что все они действительно являются константами. Также нет указаний на то, что все значения ФП как-то связаны друг с другом. Тем не менее, постулируется, что ФП неизменны во всех известных нам уголках Вселенной. Правомерность этого утверждения не бесспорна. Так, согласно теории Большого Объединения (единство электрослабого и сильного взаимодействий) константы фундаментальных взаимодействий не являются таковыми, поскольку при очень высоких энергиях частиц они существенно меняют свои значения. В свое время Макс Планк выдвинул предположение, что, по крайней мере, некоторые ФП изменяют свои значения с течением времени. В наши дни астрофизики нашли возможность проверить это предположение и показали, что с высокой степенью точности на протяжении 10 миллиардов лет значения этих ФП оставались без изменений.

Тем не менее, в таких условиях правомерным представляется возникший у физиков "наивный" вопрос: почему известные значения ФП такие, а не какие-нибудь другие, и что стало бы с Вселенной, если бы значения одной или нескольких ФП оказались иными? С этого вопроса и начался феномен "тонкой подстройки" Вселенной, а с относящимися к нему подробностями можно ознакомиться, например, в [56, 57].

Теоретическая физика располагает расчетными методами, обоснованными современным знанием Микромира, позволяющими проверить подобные предположения. Задавая те или иные отклонения конкретной ФП от ее известного значения, определяют следствия, к которым такое отклонение приводит микромир и Вселенную. Результаты расчетов показали, что достаточно изменить даже одну константу в пределах всего 10 – 15% и Вселенная выродится, в ней не смогут образовываться основные устойчивые структуры – ядра, атомы, звезды, галактики и другие упорядоченные системы. Так, увеличение постоянной Планка более чем на 15% лишает протон возможности объединяться с нейтроном, что делает невозможным протекание нуклеосинтеза и образование составных ядер. Уменьшение массы протона на 10% открывает возможность для образования устойчивого ядра ²Не (при нынешней массе протона этот изотоп гелия крайне неустойчив), в результате чего произошло бы выгорание всего водорода. Тем самым стало бы невозможным образование водородно-гелиевой Вселенной с галактиками, звездами и всеми другими составными ее частями. Оказывается, Природа с высокой точностью "подогнала" большое число представляющихся нам независимыми параметров микромира, при которых возможно существование Развивающейся Вселенной.

Но это далеко не всё, существование взаимосогласованного пакета значений ФП еще не обеспечивает направленное развитие Вселенной. Можно долго перечислять факты "случайных" совпадений обстоятельств, без которых направленное развитие оборвалось бы на некотором промежуточном этапе и не получило бы завершения, которое наблюдается сегодня. Так, небольшая асимметрия между веществом и антивеществом позволила на ранней стадии образоваться барионной Вселенной, без чего она выродилась бы в фотонно-лептонную пустыню; неустойчивость нуклонов с атомными числами 5 и 8 прервала первичный нуклеосинтез на стадии образования ядер гелия, благодаря чему смогла возникнуть водородно-гелиевая Вселенная; наличие у углерода ¹²С возбужденного уровня с энергией, почти точно равной суммарной энергии трех ядер гелия (a-частиц), создало возможность для протекания звездного нуклеосинтеза, в ходе которого образовались все элементы таблицы Менделеева более тяжелые, чем водород и гелий; расположение у ядра кислорода энергетических уровней опять же случайно оказалось таким, что не позволило в процессах звездного нуклеосинтеза превратиться всем ядрам углерода в ядра кислорода, а углерод, как известно, это основа органики и жизни. Перечень подобных "случайностей" далек от завершения.
Вероятность каждой из них очень мала, но совместное их случайное возникновение просто невероятно.

Совокупность многочисленных случайностей такого рода вместе с наличием строго определенного пакета взаимосогласованных значений ФП и была метко названа П. Девисом [57] "тонкой подстройкой Вселенной". Существование этого феномена указывает на высочайшую степень организованности Вселенной. Не менее удивительные совпадения похожего жанра встречались нам при рассмотрении процессов, связанных с возникновением и развитием жизни.
Поскольку устройство Макромира определяется свойствами составляющих его микрочастиц, то только при наличии "тонкой подстройки" развитие вселенной может протекать по восходящей, путем создания элементов нарастающей сложности и систем с возрастающими уровнями структурной и функциональной упорядоченности. В нашем Мире это привело, в частности, к появлению жизни и разума на планете Земля.
С позиций случайности отмеченных многочисленных совпадений сам факт существования Развивающейся Вселенной предстает как невероятное событие. Но ведь никто не заставляет нас считать подобные факты результатом случайных совпадений. Почему бы не поставить вопрос так: существуют пока непознанные закономерности, со следствиями которых мы столкнулись в феномене "тонкой подстройки" и которые способны организовать Вселенную определенным образом. Такая постановка вопроса требует отказа от ряда стереотипов научного мышления недавнего прошлого, что хорошо иллюстрируется дискуссией, развернувшейся вокруг так называемого антропного принципа. Этот принцип широко обсуждается на научных семинарах, в научной, научно-популярной и философской литературе, где он получает самые различные толкования. В обсуждениях раскрываются два противоположных подхода к одной из основных мировоззренческих проблем – случаен ли наш Мир и случаен ли человек в нем? Рассмотрим суть антропного принципа и споров вокруг него.