Почему же сила тяготения на сорок порядков слабее сил электромагнитных? Почему четыре природные силы имеют именно такие, а не иные величины? Если бы было по-другому, нас бы здесь просто не было: гравитация раздавила бы нас еще до появления на свет, если бы была сильнее. А если бы иным было электромагнитное поле, то перестала бы работать вся химия, ибо ядро не смогло удержать около себя противоположно заряженные частицы. Если бы сильные внутриядерные силы имели иную величину, то кварки либо были бы раздавлены, либо улетели из протонов и нейтронов, а сами ядра просто прекратили свое существование. Если бы иную величину имели слабые внутриядерные силы, то либо все элементы стали бы радиоактивными, либо звезды перестали бы излучать свет и тепло. В обоих случаях жизнь просто не смогла бы возникнуть.
Когда я брал у Вайнберга интервью и расспрашивал его о работе, он сказал: «Вселенная, скорее всего, напоминает гигантского кота Шредингера. Есть части Вселенной, где кот жив, космологическая постоянная имеет должную величину и находятся ученые, наблюдающие Вселенную и задающие вопросы. Есть и другие части Вселенной, где кот мертв, космологическая постоянная либо слишком мала, либо слишком велика, и там нет ни жизни, ни задающих вопросы ученых». Такой вот интересный взгляд на Вселенную.
Однако некоторые космологи прибегают к антропному принципу, потому что не знают, почему масса, заряд электрона и кварка, энтропия Вселенной и величина космологической постоянной таковы, что стало возможным существование нашей Вселенной.
Если вы захотите проверить, какая из двух гипотез верна: Вселенная, созданная согласно особым требованиям, или Вселенная, случайно оказавшаяся подходящей для жизни просто потому, что мы ее наблюдаем, то обнаружите, что наука не в состоянии ответить на этот вопрос.
Как мы уже видели, физика не может уйти от загадки невероятной точности настройки многих ее параметров. Самый лучший и самый простой пример этой загадки – взаимодействие протона, нейтрона, электрона и кварков. Каждый студент-физик знает, что материя состоит из протонов и нейтронов, составляющих атомное ядро, вокруг которых обращаются электроны, завершая строение атома. Притяжение электронов к ядрам обусловлено тем, что электрический заряд электрона равен по абсолютной величине и противоположен по знаку электрическому заряду протона: без этого равновесия зарядов жизнь во Вселенной была бы невозможна.
Однако в то время как электрон не имеет отчетливой внутренней структуры и является элементарной частицей, протон и нейтрон таковыми не являются. Каждый протон состоит из трех кварков – двух верхних и одного нижнего. Суммарный электрический заряд кварков таков, чтобы заряд протона был в точности равен +1 (заряд электрона полагают равным –1), ибо в противном случае равновесие будет нарушено.
Мы знаем, что на самом деле в ядре заряд верхнего кварка равен в точности 2/3, а заряд нижнего кварка – –1/3. Если сложить заряды двух верхних и одного нижнего кварка, то получим 2/3 + 2/3 – 1/3 = 1. Каким образом стала возможной такая точность? Мало того, нейтрон (частица, присутствующая в ядрах всех элементов тяжелее водорода) должен иметь суммарный электрический заряд, равный нулю, и он состоит из двух нижних кварков и одного верхнего. Здесь снова срабатывает ставшее привычным математическое волшебство. Если вы сложите заряды кварков, составляющих нейтрон, то получите 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0.
Но почему заряды кварков так идеально подогнаны друг к другу? В самом начале, через ничтожную долю секунды после Большого взрыва Вселенная, как считают ученые, состояла из кварк-глюонной плазмы, которую иногда называют «кварковым супом». Потом кварки, плававшие в этом плотном и исключительно горячем супе, созданном Большим взрывом, внезапно объединились в тройки с образованием протонов и нейтронов. Одно только это уже представляется загадочным: в природе большинство вещей образуют пары, но не триплеты (набор, состоящий из трех объектов). Почему и как все это произошло и как заряды, массы и силы взаимодействия, объединившись, создали стабильные сложные частицы, необходимые для возникновения Вселенной? У науки пока нет удовлетворительных ответов на эту головоломку.
На самом деле, стандартная модель физики частиц была построена с применением мощного математического аппарата именно в попытке разрешить хотя бы некоторые из этих загадок, но она не смогла ответить на вопросы о массах элементарных частиц и взаимодействиях сил. Также без ответа остается и вопрос о пресловутой константе «1/137», управляющей всеми электромагнитными взаимодействиями. Эти числа не получаются в результате решения уравнений модели; их приходится вставлять «вручную». Однако как именно были получены «свободные параметры» в наших моделях Вселенной и как они обрели именно те значения, какие необходимы для существования Вселенной, остается трудной, неразрешенной загадкой – одной из многих загадок науки.
Один из способов выйти из положения – сказать, согласно антропному принципу: «Если бы параметры были другими, то нас бы здесь не было и некому было бы задавать все эти вопросы». Но таким образом невозможно научно опровергнуть соперничающую гипотезу: «Параметры были выбраны так, чтобы можно было создать Вселенную». Так что же все-таки было первопричиной – Бог или антропный принцип?
Вероятно, самым лучшим примером неадекватности применения антропного принципа для правдоподобного объяснения природных явлений является упомянутое выше событие, случившееся 65 миллионов лет назад, – столкновение Земли с небесным телом Солнечной системы. В результате этой катастрофы атмосфера Земли наполнилась пылью, заслонившей Солнце, наступило резкое похолодание, погубившее почти все живое, включая динозавров. Ученые считают, что если бы это событие не произошло, то динозавры продолжали бы господствовать на Земле, а приматы не получили бы возможности развиться и, в конце концов, став людьми, захватить власть над нашей планетой.
Если спросить у верного поборника антропного принципа, почему астероид или гигантский метеорит столкнулся с Землей 65 миллионов лет назад, то ответ, скорее всего, будет все тот же: «Потому что в противном случае нас бы здесь не было и некому было бы задать этот вопрос». Но именно на этом примере мы действительно убеждаемся в антинаучности антропного принципа. Небесное тело Солнечной системы столкнулось 65 миллионов лет назад с Землей, потому что его орбита случайно пересеклась в тот момент с орбитой нашей планетой. Это правильное научное, а не антропное объяснение. Очень важно иметь в виду, что такого объяснения пока не существует для констант, характеризующих массы частиц и силы их взаимодействия. Поскольку же, как мы видим, антропный принцип этому объяснений не дает, нам надо искать и находить другие варианты. Таким объяснением может стать божественный замысел или, по меньшей мере, то, что пока находится за пределами нашего понимания.
Глава 12
Пределы эволюции
Предложенный в 1859 году Чарльзом Дарвином принцип эволюции навсегда изменил облик естественных наук. Благодаря Дарвину мы теперь имеем превосходный научный механизм, объясняющий, каким образом развиваются биологические виды и почему наиболее приспособленные организмы получают преимущества в распространении своих генов. Эволюция функционирует по принципу естественного отбора: хорошо адаптированные индивиды получают преимущества в размножении.
По мере изменения условий окружающей среды начинают процветать наиболее приспособленные к новым условиям виды, а менее адаптированные уменьшаются в численности или вовсе исчезают. Таким образом, эволюция объясняет, почему до сих пор существуют многие из живших некогда видов.
Корни эволюции заложены в таксономии: классификации живых существ по семействам, родам и другим группам, позволяющей видеть, как это ветвление управляет их развитием. Углубленный научный анализ дал возможность нарисовать достаточно отчетливую картину развития жизни от простых организмов к более сложным и показать ветвление их различных семейств и родов. Возможно, оно обусловлено генными мутациями, приведшими к возникновению живых существ, отличных от своих предков и близкородственных животных или растений.
Путь к теории эволюции Дарвина был открыт в XVIII веке шведским врачом, ботаником и зоологом Карлом Линнеем. Будучи студентом Уппсальского университета в 20-е годы XVIII века, Линней написал статью о тычинках и пестиках цветков. Она была высоко оценена, и ученого пригласили на работу в ботанический сад университета. Он преуспел в работе и в 1732 году был направлен в Лапландию для изучения флоры.
В Лапландии Линнею в голову пришла дерзкая идея – классифицировать все живые существа Земли. В 1735 году, защитив в Голландии диссертацию по медицине, Линней представил научному сообществу свой шедевр – книгу «Система природы» («Systema Naturae»)[20]. Двадцать лет спустя, в десятом издании этого руководства по систематике, были собраны сведения по классификации 7700 растений и 4400 животных видов.
