Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную - Йен Стюарт

О Господи, еще две константы, значения которых должны быть очень-очень близкими к тем, что наблюдаются в этой Вселенной.

Считать, что единственный способ строить альтернативные вселенные состоит в том, чтобы менять известные фундаментальные константы в модных на данный момент модельных уравнениях, — согласитесь, такой подход говорит о полном отсутствии воображения. Это как если бы обитатели какого-то острова в южных морях в XVI веке считали, что единственный способ развивать земледелие состоит в том, чтобы выращивать кокосовые орехи получше.

Однако давайте примем слова поборников тонкой настройки на веру и согласимся с этим конкретным допущением. Действительно ли, что тогда вероятность 10↑–47 вступает в игру и требует объяснения? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать о расчете немного больше. В самом общем плане метод состоит в том, чтобы зафиксировать все фундаментальные константы, кроме одной, и выяснить, что происходит при изменении именно этой константы. Для этого вы берете какой-то существенный объект реального мира, к примеру, атом, и смотрите, как повлияет на стандартное описание атома новая величина интересующей нас константы. И — кто бы мог подумать! — обычная математика атомов разваливается, за исключением разве что тех случаев, когда изменение константы было совсем крохотным.

Теперь проделаем то же самое для какой-нибудь другой фундаментальной константы. Эта константа, возможно, имеет отношение к звездам. Зафиксируем все остальные константы на их нынешних значениях, а эту одну изменим. На этот раз мы обнаружим, что традиционные модели звезд перестают работать, разве что изменение этой константы будет очень-очень маленьким. Соединив все подобные эксперименты, увидим, что изменение любой константы, превышающее какую-то очень маленькую величину, портит какой-то аспект математики Вселенной. Вывод: единственный способ получить вселенную с такими же основными свойствами, как у этой, состоит в том, чтобы использовать почти точно те же константы, что действуют здесь. Остается только посчитать вероятность сохранения всех констант до единой и получить требуемые 10↑–47.

Звучит убедительно, особенно если посмотреть на внушительную физику и математику, задействованные в расчетах. В книге «Коллапс хаоса» (The Collapse of Chaos) мы с Коэном представили аналогичные рассуждения, в которых концептуальная ошибка более очевидна. Представьте себе автомобиль — пусть это будет Форд Фокус. Представьте себе какую-нибудь деталь, скажем, болты, скрепляющие части двигателя, и спросите себя, что произойдет, если вы измените диаметр болтов, оставив все остальное неизменным. Ну, если болты окажутся слишком толстыми, они не влезут в отверстия; а если они окажутся слишком тонкими, то не будут держаться и выпадут. Вывод: если вы хотите получить рабочий автомобиль, диаметр этих болтов должен быть очень близок к тому, то можно найти в Форд Фокусе. То же можно сказать о колесах (измените их размер, и покрышки не подойдут), покрышках (измените их размер, и не подойдут колеса), свечах, каждой отдельной шестеренке в коробке переключения передач и т. д. Сложите все это вместе, и шанс выбрать детали, из которых в конечном итоге можно собрать автомобиль, окажется меньше 10↑–47. Вы не сможете сделать даже колеса.

Да, и еще одно: существует только одна возможная марка машины, и это, как несложно догадаться, Форд Фокус.

А теперь встаньте где-нибудь на перекрестке и посмотрите, как мимо проезжают все эти «фольксвагены», «тойоты», «ауди», «ниссаны», «пежо» и «вольво».

Очевидно, что-то здесь не так.

* * *

Ошибка в том, что мы пытаемся менять константы по одной за раз.

Если вы строите автомобиль, вы не начинаете дело с того, что берете готовый работающий проект и начинаете менять, скажем, размеры болтов, оставляя при этом гайки прежними. Или меняете размеры покрышек, оставляя прежними колесные диски. Это чистое безумие. Если поменять спецификацию одного элемента, это автоматически скажется и на остальных. Чтобы получить новый работоспособный проект, нужно внести изменения во множество разных вещей.

Я встречал лишь один ответ на такую критику гипотезы тонкой настройки, и сводится он к следующему: «Да, но ведь проводить расчет намного труднее, если поменять сразу несколько констант». Да, труднее. Но это не оправдывает более простой расчет, если этот расчет неверен. Если бы вы пришли в банк и попросили подвести баланс вашего счета, а служащий банка сказал бы: «Простите, ваш баланс считать слишком сложно, но у миссис Джоунс на счету 142 фунта», — вам бы это понравилось?

Кроме того, при расчете вероятности тонкой настройки, как правило, забывают один очень интересный и важный вопрос: если традиционная физика не работает при изменении некоторых констант, то что происходит в этих случаях? Не исключено, что что-то другое может сыграть аналогичную роль. В 2008 году Фред Адамс проверил эту возможность для главной части проблемы — процесса образования звезд. (Разумеется, звезды — лишь часть процесса, снабжающего вселенную разумными формами жизни. Виктор Стенджер в тщательно аргументированной работе «Ошибка тонкой настройки» (The Fallacy of Fine-Tuning) разбирался еще с несколькими аспектами проблемы. Результат тот же: тонкая настройка — сильное преувеличение.) При формировании звезд значимы только три константы: гравитационная постоянная, постоянная тонкой структуры и постоянная, управляющая скоростью протекания ядерных реакций. Остальные 23 не просто не нуждаются в тонкой настройке; они могут принимать любые значения, не вызывая никаких проблем в этом отношении.

Затем Адамс проверил все возможные комбинации трех значимых констант, чтобы определить, при каких условиях они дают работоспособные «звезды». Нет никаких причин ограничивать определение звезды теми конкретными чертами, которыми обладают звезды нашей Вселенной. Вас ведь не убедит теория тонкой настройки, если окажется, что, согласно ее предсказаниям, звезды существовать не могут, а вот чуть более горячие объекты на 1 % крупнее и очень похожие на звезды — могут. Поэтому Адамс определил звезду как любой объект, который сохраняет целостность под действием собственной гравитации, стабилен, существует долгое время и использует ядерные реакции для производства энергии. Его расчеты показывают, что звезды в этом смысле существуют для громадного диапазона значений констант. Если создатель вселенных выбирает константы случайным образом, то с вероятностью 25 % мы получим вселенную, способную образовывать звезды[107].

Это уже не тонкая настройка. Но результаты Адамса еще сильнее. Почему не разрешить более экзотическим объектам тоже считаться «звездами»? Их энергетический выход в принципе тоже может поддерживать какие-то формы жизни. Возможно, энергия поступает от квантовых процессов в черных дырах или от скоплений темного вещества, генерирующего энергию при аннигиляции вещества обычного. В этом случае вероятность увеличивается до 50 %. В том, что касается звезд, наша Вселенная не должна сражаться за существование, имея один шанс из 10 миллионов триллионов триллионов триллионов. Она просто заказала «орла», и монетка, отвечающая за фундаментальные константы, легла нужной стороной кверху.