Антропный принцип или загадка идеальных чисел Вселенной⁠⁠4

Когда начинаешь всерьёз копаться и разбираться в том, как устроена Вселенная, довольно быстро приходишь к одной мысли, от которой становится не по себе. Вернее, возникает некое недоумение. Как-то подозрительно слишком хорошо всё работает.
Не «примерно», не «кое-как», а именно так что малейшее отклонение и ничего бы не было.
Ни атомов, ни звёзд, ни химии, ни времени в привычном смысле.
И уж точно никого, кто мог бы спросить «а почему?».
Это ощущение и породило одну из самых странных, спорных и при этом почти неизбежных идей современной физики. Называется она антропный принцип. Звучит заумно, но на деле это попытка ответить на вопрос - почему Вселенная такая удобная для нас?

Давайте сразу к делу. Есть фундаментальные константы. Это такие числа, которые определяют, как именно работает наш мир. Сила гравитации, заряд электрона, масса кварков, скорость расширения пространства, плотность вакуумной энергии. В общем, набор параметров, без которых ничего не работает. И вот что выяснилось, когда физики начали эти числа изучать.
Если многие из них изменить буквально на доли процента, Вселенная перестаёт быть похожей на ту, что мы знаем. Она становится либо хаотичной, либо абсолютно мёртвой. Без вариантов.
Не верите? Вот несколько примеров, и это не красивые метафоры, а результаты расчётов.

Гравитация.
Гравитационная постоянная, ну что о ней говорить. Вроде мелочь. Притягивает себе потихоньку, и ладно. Но именно её слабость ключевое свойство. Если бы гравитация была сильнее всего на одну часть из 10³⁴ (это число с тридцатью четырьмя нулями, если что), Вселенная схлопнулась бы слишком быстро, звёзды не успели бы сформироваться. Чуть слабее и материя не собралась бы в галактики, так и плавал бы разреженный газ, без всякой надежды на структуру.
Диапазон не просто узкий, он настолько узкий, что даже в физике высоких энергий его называют экстремальным. Без стабильных звёзд нет долгоживущих источников энергии, нет химической эволюции, нет времени для сложности. То есть жизнь не просто невозможна, а материя даже не доходит до стадии интересной химии.

Космологическая константа.
Это плотность энергии вакуума, которая отвечает за ускоренное расширение Вселенной. И вот здесь начинается почти абсурд. Теоретически, из квантовой физики, её значение должно быть огромным. Практически, по наблюдениям, оно в 10¹²⁰ раз меньше. Количество нолей в этом числе представили?
Это одно из самых больших расхождений между теорией и экспериментом в истории науки. Почему это важно для антропного принципа? Если бы космологическая константа была чуть больше, то Вселенная расширялась бы слишком быстро, материя не успела бы собраться в галактики. Чуть меньше (в сторону отрицательных значений) и Вселенная схлопнулась бы обратно. Это одно из самых больших расхождений в физике. Это число настолько экстремальное, что либо мы чего-то принципиально не понимаем, либо это не случайность.

Масса электрона и протона.
Если их изменить, электроны либо падают в ядра, либо атомы не удерживаются, либо молекулы не образуются. Диапазоны допустимых значений узкие до абсурда. То есть речь даже не о человеке, мозге или культуре. Речь вообще о существовании устойчивой материи.

Ядерные силы.
Это та сила, которая удерживает протоны и нейтроны внутри атомных ядер. Измени эту силу на 2-3% в меньшую сторону, и дейтерий становится нестабильным, термоядерные реакции в звёздах невозможны. На несколько процентов сильнее и весь водород быстро превращается в гелий, нет воды, нет органической химии. В обоих случаях звёзды либо не зажигаются, либо сгорают слишком быстро, либо химия становится примитивной.

Каждый из этих параметров по отдельности уже выглядит странно. Но главное, они независимы. Нет никакого известного закона, который бы жёстко связывал гравитацию, космологическую константу, ядерные силы, массы частиц. Вообще никакого. И при этом - бац!, и все они одновременно находятся в разрешённом диапазоне. Это и создаёт ощущение того, что мы что то не понимаем. Либо существует скрытая глубокая теория, либо мы наблюдаем отбор, либо Вселенная не единственная. Антропный принцип тут вообще не ответ на вопрос. Это просто рамка, в которой физика вынуждена думать, куда дальше копать.

А теперь про углерод. Основа всей нашей жизни. Он возникает в звёздах через очень специфический квантовый резонанс, называется резонанс Хойла. Так вот.
Этот уровень энергии не обязан был существовать. Он не вытекает напрямую из каких-то общих симметрий или законов. Он просто взял и оказался ровно там, где нужно. Сместите его на полпроцента и углерода будет в десятки раз меньше. На один-два процента и его практически не будет вообще. Без углерода нет сложных молекул, нет биохимии, нет даже разговоров о жизни. Выглядит подозрительно, правда? Будто бы уже хочется задать вопрос, это просто совпадение или за этим стоит что-то более глубокое? И нет, я не про Бога.

Как на этот вопрос можно отвечать? Вариантов, кстати, несколько.
Самый простой вариант ответа это слабый антропный принцип. Звучит глупо и не научно, но по сути мы видим такую Вселенную, потому что в другой нас бы не было. И всё.
Вот представьте. Вы после какой-то гулянки очнулись в незнакомой комнате. В комнате есть кислород, дышится легко. Это не значит, что кто-то специально для вас вентиляцию настраивал. Просто в комнате без кислорода вы бы не очнулись. Глупо было бы удивляться: «О, воздух! Как удачно!» Вот и с Вселенной так же.
Но есть и более сильная версия. Она уже наглее: Вселенная обязана быть такой, чтобы в ней могли появиться наблюдатели. Да, с одной стороны объяснение «потому что иначе нельзя» это, знаете ли, не объяснение. Но вот других пока нет, с альтернативами не густо.

Один из способов убрать ощущение уникальной подгонки - предположить, что Вселенных много. Очень много. Миллиарды, триллионы, вообще бесконечно. И у каждой свои константы. В большинстве из них скукотища: нет звёзд, нет галактик, даже атомы не держатся. А нам просто повезло. Как в лотерее. Нам повезло просто потому, что кому-то должно было повезти.
Проблема в том, что мультивселенная почти не проверяема. Она красиво вылезает из некоторых теорий, например инфляции, но не подтверждена экспериментально. То есть нельзя прийти и ткнуть пальцем: «Вот она!». Она там, за горизонтом. А всё, что за горизонтом, уже на границе науки и философии. И это многих бесит, потому что если любую странность объяснять «это где-то там есть, просто не видно», то мы быстро скатываемся в гадание на кофейной гуще.

Есть и третий путь, самый оптимистичный.
А может, мы просто пока не доросли до правильной теории? Может, все константы на самом деле жёстко связаны и не могут быть другими. Тогда Вселенная вообще единственно возможная, и жизнь не случайность, а просто следствие того, как устроен мир.
Но пока это гипотеза надежды, а не теория. Теории всего нет. Связей между константами не обнаружено. Объяснений, почему гравитация именно такая, а космологическая константа именно такая тоже нет. Есть только аккуратные, неудобные совпадения.

Уф, сложна, и зачем нам это всё читать и знать, если можно просто мемчики полистать?
Потому что эта тема важна, даже если вы не физик. Потому что она меняет взгляд на реальность. Мы привыкли к тому что Вселенная это просто декорация, фон. Ну существует и существует, фиг с ней, лучше подумаю в чём завтра идти на работу.
А тут мысль, от которой не отмахнуться: сама возможность сложности встроена в фундамент мира. Не как цель или замысел, а просто узкое окно возможностей. И мы в него каким-то чудом пролезли. Физика пока не знает, почему законы природы именно такие. Но одно знает точно: чуть иначе и нет звёзд, нет химии. И даже вопроса «почему?» некому задать. Может, это просто эффект отбора наблюдателей. Может, след мультивселенной. А может, мы просто смотрим на поверхность, а там дальше глубокая структура, которую мы пока не умеем различать. Кто знает.