6.7. Антропный принцип. «Тонкая подстройка» Вселенной

Разобщенность мира, которая имела место в классиче­ской физике между физической картиной мира и челове­ком, преодолевается. Ибо сама жизнь является следстви­ем определенным образом нарушенных симметрий. Однако возникает вопрос, как получилось такое согласованное на­рушение симметрий, что в результате всех перипетий воз­ник человек? По мере проникновения в тайны строения фи­зического мира от элементарных частиц до галактик не пе­рестаешь удивляться точно «подобранным» значениям фундаментальных постоянных, удивительному совпадению ряда чисел, построенных из этих фундаментальных посто­янных, так называемой «тонкой подстройкой» Вселенной. А если бы в природе реализовалась другая последователь­ность чисел? Появился бы человек и каким бы он был? Попытка связать основные особенности того мира, в кото­ром мы живем, с самим фактом существования человека, познающего этот мир, привела к формулированию принци­па, который вряд ли можно назвать строго физическим принципом, но который, тем не менее, основывается на нео­споримом факте существования человека в нашей Вселен­ной. Этот принцип был назван антропным.

Антропный принцип в физике впервые был сформули­рован в 1961 году Д. Дикке, а в дальнейшем развит Б. Картером, которому и принадлежит сам термин «антроп­ный принцип». Антропный принцип утверждает, что мир

241

таков, каков он есть, потому что в противном случае некому был бы спрашивать о том, почему мир таков. Можно ска­зать, что наука со времен Коперника развивалась таким образом, что наблюдателю-человеку в ней отводилась весь­ма скромная роль. Человек не занимал какого-либо при­вилегированного, центрального положения в науке о Все­ленной. Как бы без внимания оставался и тот факт, что необходимой предпосылкой нашего существования являют­ся благоприятные условия (температура, химический состав окружающей среды и т. д.), возникновение которых оказа­лось возможным благодаря именно тонкой подстройке значений физических величин во Вселенной. Некоторые ученые обратили внимание на ограниченность такого под­хода, считая, что строение физического мира неотделимо от обитателей, наблюдающих его в самом фундаментальном смысле. Наше положение в мире, если и не является цен­тральным, то неизбежно — привилегированным. И можно заранее, до наблюдений предсказать ряд астрофизических и других факторов по той причине, что то, что мы ожида­ем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необ­ходимыми для нашего существования как наблюдателей. Основанием для таких предсказаний и служит антропный принцип — как принцип, отражающий невероятно тонкую подстройку Вселенной.

Можно привести несколько примеров, свидетельствую­щих о том, что свойства окружающего нас мира явились результатом определенной согласованности соответствую­щих фундаментальных констант. Интервал возможных значений этих констант, обеспечивающий нам мир, пригод­ный для жизни, очень мал. Так, ослабление на несколько порядков константы сильных взаимодействий привело бы к тому, что на ранних стадиях расширения Вселенной об­разовывались бы, в основном, только тяжелые элементы, и в мире не было бы источников энергии. Если на несколь­ко порядков было бы меньше гравитационное взаимодей­ствие, то не возникло бы условий для протекания ядерных реакций в звездах. Усиление слабых взаимодействий пре­вратило бы на ранних этапах эволюции Вселенной все ве­щество в гелий, а значит, отсутствовали бы реакции термо­ядерного синтеза в звездах. Наконец, усиление на несколь­ко порядков электромагнитного взаимодействия привело бы к заключению электронов внутри атомных ядер и не-

242

возможности вследствие этого химических превращений и реакций. Не говоря уже о том, что если бы первоначаль­ная скорость расширения Вселенной хотя бы на 0,1% была бы меньшей критической скорости расширения, то Вселенная достигла бы лишь 3 10^-6 своего теперешнего радиуса, после чего она бы начала сжиматься. Разумеется, «таких если бы» существует еще достаточное количество, но и приведенных примеров достаточно, чтобы понять: в современную физику наряду с идеей самоорганизации вхо­дит также идея целесообразности, что приводит к появле­нию в физической картине мира человека как уникального и одновременно естественного результата глобально-косми­ческой эволюции.

Безусловно, антропный принцип возник не сейчас, кор­ни его имеют начало на самых ранних этапах истории че­ловеческой культуры. Однако «переоткрытие» антропного принципа в современной космологии имеет важное значе­ние в становлении нового постнеклассического типа науч­ной рациональности. Существуют разные версии антропно­го принципа: слабый антропный принцип, сильный антроп­ный принцип, финалистский антропный принцип, антроп­ный принцип, включающий соучастника-наблюдателя. Появляются и теологические нотки при обсуждении ант­ропного принципа. Все это повлияло на то, что многие ученые-физики с настороженностью относятся к этому принципу, рассматривая его как ненаучный. Однако поло­жение резко меняется, если антропный принцип рассмат­ривать в контексте синергетического самоорганизующего­ся процесса эволюции Вселенной. Здесь на первый план выдвигается идея о корреляции свойств наблюдателя и свойств мира подобно корреляции между состояниями двух разных частиц в эксперименте Эйнштейна — Подольско­го — Розена. То есть речь идет о вероятности того, что мир имеет наблюдаемые нами свойства. А это значит, что можно сравнивать вероятности оказаться в разных мирах с раз­ными свойствами. То есть антропный принцип получает не­теологическое объяснение при условии существования мно­жества миров. Следует сказать, что инфляционные сцена­рии раздувания Вселенной содержат в себе результаты, предсказывающие разделение Вселенной на неограниченно большое числом мини-вселенных — огромных областей, внутри которых реализуются свои типы физических ваку-

243

умов, размерностей пространства-времени, цепочек спонтан­ного нарушения симметрий. Так что вероятность возник­новения из этого огромного числа разных мини-вселенных таких, которые подобны нашей, в которых возможна жизнь, подобная нашей, существует. Как отмечает сам автор ин­фляционного сценария самовосстанавливающейся Вселен­ной А. Линде: «Мы живем в областях с определенными свойствами пространства-времени и материи не потому, что другие области невозможны, а потому что области обсуж­даемого типа существуют, а в других областях жизнь на­шего типа невозможна или маловероятна».

Современная физика с использованием антропного принципа как бы расширяет границы своего традиционно­го рассмотрения вопросов. Человек, рассматриваемый ранее лишь в качестве непосредственного потомка прогрессивной эволюции жизни в биосферных условиях, предстает уже в качестве непосредственного продукта космологической эво­люции Вселенной.

Вопросы для самоконтроля

1. Что доказывает теорема Нетер?

1. Сформулируйте известные вам законы сохранения. Следствием каких симметрий эти законы являются?

2. В чем суть калибровочного принципа?

2. Какие типы физических взаимодействий вам изве­ стны? Какова их природа?

3. Расскажите о ферми- и бозе-частицах.

4. Приведите классификацию элементарных частиц.

3. Каковы физические идеи, лежащие в основе постро­ ения единой теории поля?

4. Опишите инфляционный сценарий эволюции Вселен­ ной.

5. Какова роль физического вакуума в структуре совре­ менной физической теории?

10. Каково значение антропного принципа в современ­ ной науке?

11. Охарактеризуйте основные черты постнеклассиче- ского этапа в развитии физики.

244

Примечания

¹ Различают продольные и поперечные волны. Механи­ ческая волна — это процесс распространения колебаний частиц в упругой среде. Однако хорошо известно, что жид­ кости и газы — текучи, то есть в них не возникает сил упругости при деформации сдвига, при изменении формы тела. Следовательно, в жидкостях и газах могут существо­ вать только продольные механические волны, являющие­ ся следствием наличия сил упругости при деформации сжатия (растяжения), то есть при изменении объема тел.

² Здесь следует заметить, что сам по себе принцип инер­ ции свидетельствует об однородности точек пространства. Тот факт, что принцип инерции был сформулирован толь­ ко в Новое время, говорит о том, что укоренившимся взгля­ дом на порядок вещей в природе была концепция Аристо­ теля о неоднородности точек пространства в подлунном мире, согласно чему каждое тело стремится к своему есте­ ственному месту, тяжелое — вниз, а легкие газы — вверх).

³ Цит. по: Смородинский ЯЛ. Температура. М., 1987. С. 12.

⁴ Цит. по: Дорфман Я.Г. Всемирная история физики. М., 1979. С. 74.

⁵ Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965. С. 39.

⁶ Цит. по: Эйнштейн А, Инфельд Л. Эволюция физи­ ки. М., 1965. С. 40.

⁷ Цит. по: Фен. Дж. Машины. Энергия. Энтропия. М., 1986. С. 104.

⁸ Карно С. Размышления о движущей силе огня и о ма­ шинах, способных развивать эту силу. М. Пг., 1923. С. 5.

⁹ Майер Р. Закон сохранения и превращения энергии. Четыре исследования 1841-1851 гг. М.-Л., 1933. С. 93-94.

¹⁰ Там же. С. 127.

¹¹ Гельмгольц Г. О сохранении сил. М., 1922. С. 15.

¹² Второе начало термодинамики. М.-Л., 1934. С. 133- 134.

¹³ Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986. С. 173.

¹⁴ Ландау Л Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М., 1964. С. 46.

¹⁵ Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. С. 308.

¹⁶ Больцман Л. Избранные труды. М., 1984.

245