11. Антропный принцип и мега-история Вселенной
11. Антропный принцип и мега-история Вселенной
11.1. О понятии мега-истории Вселенной
Обоснование антропного принципа — серьезная проверка естественных и гуманитарных наук на масштабную зрелость понимания панкосмогенеза и мега-истории Вселенной (рождения всего, что есть, наблюдаемо и доступно изучению). Как известно, история начиналась с истории отдельных «цивилизаций». В XVIII–XIX вв. сформировалась концепция всемирной истории — это история первобытного общества, древнейшая история, история древнего мира, история средневековья, новая и новейшая история. Открытия археологов, антропологов и историков убедительно показали универсальность прошедших событий. Уже в первой половине XX в. было установлено глубокое взаимовлияние геологических, биологических (биотических) и социальных процессов; в результате оформилось новое направление междисциплинарных исследований эволюции — глобальным (от лат. globus — шар) эволюционизм. Это история Земли, рассматриваемая как последовательность — образование, развитие и взаимодействие планетарных сфер, в процессе которых сначала биота, а затем общество становились ведущими агентами преобразований.
Основоположниками глобальной (даже не всемирной, связанной только с человеком) истории стали наш великий мыслитель Владимир Вернадский, и французы — антрополог и теолог П. Тейяр де Шарден и философ Э. Леруа, показавшие, что история человечества является только фазой эволюции земной жизни и разума, которая завершится созданием ноосферы (сферы разума), если, конечно, человек и человечество выживут в условиях надвигающихся катастроф. Сам Вернадский не обошел проблему дальнейшего распространения эволюционной перспективы за пределы Земли и Солнечной системы, но ответил на нее отрицательно (тогда как немецкие — Г. Фихте. А. Гумбольт, и русские мыслители — Н. Федоров и особенно К. Циолковский — полагали, что разум выведет человека за пределы планеты-колыбели). Вернадский так думал потому, что не предвидел достижений современной науки в части опровержения стационарности изотропной Вселенной, бесконечной в пространстве и времени. Идея стационарности и бесконечности мира (отсюда вывод, что бесконечное не может иметь истории!), противоречила идее универсальной эволюции. Поэтому Вернадскому пришлось признать, что эволюционный процесс на Земле есть не более чем локальная флуктуация, обреченная на то, чтобы раствориться, подобно океанской волне, в бесконечной Вселенной, которая не менялась и «не будет меняться с течением времени».
Несколько позднее, в 1980-90-х годах, оформилась более грандиозная, чем планетарная, концепция Универсальной (от лат. Universum — Вселенная), Большой (Big History) ИЛИ Мега-истории, как концепция целостной картины вселенских эволюционных процессов. Мега-ис-тория ставит своей целью преодолеть инерцию монодисциплинарного мышления и отработать научно-методологический инструментарий для интеграции разнородных моделей остро- и микрофизики, химии, геологии, геохимии, биологии, палеонтологии, антропологии, психологии и историографии.
В ее основе лежат два ключевых достижения в науке прошлого века, которые мы рассмотрели и оценили раньше. Во-первых, релятивистские (фридмановские) модели эволюционной космологии (на основе теории тяготения Эйнштейна). Во-вторых, выявленные Пригожиным механизмы самоорганизации, посредством которых открытые физические, химические системы способны спонтанно (от лат. spontaneus — самопроизвольный) от равновесия с внешней средой и, используя ее ресурсы, стабилизировать (гоместазировать) неравновесное состояние.
В итоге, вскоре обнаружилось, что социальная (и духовная), биологическая, геологическая и космофизическая истории представляют собой стадии единого эволюционного процесса, единых универсальных мегатенденций, выходящих за рамки классического и неклассического естествознания. Эти вновь открытые мегатенденций породили новое естествознание — постнеклассическое (оно же эволюционное, бифуркационное и пр.), которое более подробно будет рассмотрено в главе 12.
11.2. Предыстория антропного принципа
Антропный принцип вовсе не изобретение второй половины ушедшего XX столетия, как может показаться при первом рассмотрении, он так же стар, как вся известная нам западноевропейская цивилизация. Достаточно вспомнить древнегреческих мудрецов с их изречениями: «Познай самого себя, и ты познаешь богов и Вселенную» (Солон), «Человек мера всех вещей: существующих, что существуют, несуществующих, что не существуют» (Протагор) или древнекитайского мыслителя Лао-цзы с одной из его многочисленных сентенций: «Тот, кто знает других — мудрец. Кто знает себя — посвященный» (общепризнанные посвященные Рама, Кришна, Гермес, Моисей, Орфей, Пифагор, Платон, Иисус), а в Новое время вспомнить аксиому французского мистика Клода де Мартена: «Должно изучать Природу по человеку, а не человека по Природе». С сожалением приходится признать, что, замысленная (заповеданная) в античное время, антропная программа в западной культуре в течение всего исторического времени не выполнялась. Причиной тому стал, во-первых, принятый и жестко контролируемый со средневековья церковью креационизм, получивший и в науке официальный статус. Способствовало неисполнению античной антропной заповеди, во-вторых, утвердившееся в науке картезианское мышление, рассматривающее человека как элементарный механизм, по простоте (или сложности) сравнимый, скажем, с часами. В оккультизме же одной из ветвей мистических учений, конечно, на задворках официальной науки и культуры, напротив, идея о превосходстве человека над остальным миром поддерживалась. Кстати, как отмечает Ф. Капра в «Дао физики», первым европейским мистиком можно считать Гераклита, но мистические его взгляды не получили развития, оказались невостребованными и были заменены впоследствии рационалистическими взглядами Аристотеля, получившими в средние века божественный статус. В развитие античных антропных заповедей мистиками утверждалось, что человек содержит в своем существе проявления трех миров или трех начал: материального, происходящего из физического мира; жизненного, исходящего из вселенной (астрала); и духовного начала (бессмертного духа, называемого в философии душой), проистекающего из мира божественного. Тем самым, человек подчиняется всем законам, действующим в этих трех мирах, и поименован поэтому микрокосмом, или маленьким миром, будучи точным отражением макрокосма или Вселенной.
Таким образом, оккультисты, мистики утверждали ранее и утверждают сейчас, что изучением человека можно достигнуть определения всех законов, управляющих физическим, астральным и божественным мирами. Важно отметить, что человек и Вселенная рассматриваются ими в единстве порождения и неразрывности их связи, что для нас является ключевым в антропном принципе. Нельзя, конечно, утверждать, что современная официальная наука признает как сам факт, так и бесспорность такого заключения, но то, что наметились некоторые подвижки в этом направлении, мы здесь покажем. Начнем с перечисления и краткого анализа этапов и процессов панкосмогенеза (можно было бы употребить также термин панкосмогония), произошедших во вселенной, с тем чтобы яснее представлять себе место и время как самого антропогенеза, так и интересующего нас антропного принципа.
11.3. Этапы и процессы панкосмогенеза
В своем развертывании (употребляем русское слово «развертывание» вместо латинского «эволюция», с тем чтобы не путать с его значением, принятым у эволюционистов в биологии, придерживающихся и сегодня взглядов Дарвина, Уоллеса и Геккеля) Вселенная прошла путь от начала Большого взрыва (будем исходить из наиболее признаваемой учеными версии Георгия Гамова возникновения горячей вселенной) несколько этапов и процессов, приведших к генезису (рождению) и становлению последовательно физического, химического и биологического миров. Этапы и соответствующие им процессы панкосмогенеза, о которых пойдет речь, это этапы физио-, астро-, галактике-, химио-, гелио-, гео-, геохимио-, био- и антро-погенезиса. Несмотря на очевидную разницу каждого из этих этапов, им присуща (или свойственна) одна и та же чисто физическая особенность, которой можно попытаться дать философское объяснение, видя в этой особенности единство принципов мира и происходящих в нем процессов на всех уровнях его рождения и становления. Так, каждый из названных этапов и процессов, характеризуется в начальный момент высококачественной энергией (энергией при низкой энтропии из-за высоких исходных температур, поскольку энтропия, как характеристика беспорядка, является величиной обратно пропорциональной температуре). Можно также говорить о высокой негэнтропийностью процесса. Негэнтролийность возникает из-за значительного перепада исходной и конечной температур, и, соответственно, большой отрицательной (обозначаемой приставкой нег и добавляемой к слову энтропия по предложению французского физика Леона Бриллюэна) величине энтропии рассматриваемого нами созидательного процесса. Поясним сказанное на ряде примеров.
Процесс физиогенеза (или образование физического мира) характеризовался с момента начала «большого взрыва», катастрофическим снижением, на 20 порядков, температуры. В результате понижения температуры качество энергии резко снизилось, что и привело сначала к образованию из неопределенного (неопределяемого) планковского бульона частиц и античастиц менее чем за одну секунду протонов, электронов и фотонов, а затем, к концу 10 секунды, к синтезу первых легких элементов — водорода и гелия. Следует указать на одну впечатляющую странность процесса аннигиляции планковских частиц и античастиц, завершившегося в остатке равным числом протонов и электронов. Вот так, с первых мгновений существования физического мира, начинается то, что впоследствии в антропном принципе получит название тонких согласованностей! Пусть в первичном планковском бульоне действительно существовали известные сейчас кварки Гелл-Манна и Цвейга, из которых образованы нынешние адроны и мезоны (а также недавно теоретически предсказанные и экспериментально открытые в России в 2004 году пентакварки). Тогда для объяснения приведенного выше странного факта равенства числа протонов и электронов (надежно установленный экспериментальный факт электронейтральности мира) остается только предположить, что в этом бульоне существовали и электронные кварки, число которых было равно числу обычных адронных кварков, так как природа вряд ли могла отдать предпочтение какому-то одному из видов кварков. Таким образом, смесь всех видов кварков была электрически нейтральной и вместе с тем, каждый вид кварков должен был характеризоваться такой зарядовой асимметрией, чтобы породить одинаковую асимметрию как в числе протонов и антипротонов, так и в числе электронов и позитронов (антиэлектронов). Этот вывод приводит нас к заключению, что электроны, признаваемые сейчас бесструктурными, так же как и адроны, должны оказаться структурными образованиями, состоящими из электронных кварков, которые еще предстоит открыть.
Теперь об астро- и галактикогенезе. Возникший всего за 10 секунд физический мир оставался непрозрачным (по причине того, что фотоны переизлучались возникшими водородом и гелием) примерно в течение одного миллиона лет (но не менее 400–700 тысяч лет). Температура рождающегося мира по прошествии этого времени снизилась еще на 10 порядков (т. е. в 10 миллиардов раз) и составила всего около 3000 К (температура указана в единицах абсолютной шкалы температур Кельвина К). Этот момент оказался благоприятным для отрыва излучения или света (фотонов) от водорода и гелия. Среда (тогда это вся Вселенная) сделалась прозрачной (наступила эпоха рекомбинации), а начавший свое путешествие в разрастающемся мире свет стал остывать и воспринимается нами сейчас как реликтовое (древнее) излучение, с температурой к настоящему времени всего 2,73 К. Еще через один миллиард лет температура снизилась до 30 К, качество энергии стало низким, энтропийность чрезвычайно высокой, что способствовало началу процесса слипания атомов в легкие частицы (так называемые протоземали), вызвавшего сначала образование звезд и, в итоге, образование галактик (одним словом — космогенез). Еще раз напомним, что физический мир образовался в ничтожные мгновения. Эти мгновения ничтожны по нашим часам, но очень и очень продолжительны по физическим часам элементарных частиц, для которых характерны времена в миллиардные доли миллиардных долей секунды. Физический мир стабилен с тех пор (установлено, что протон живет не менее чем 1032 лет, и оно, это время, на 22 порядка превосходит время, прошедшее от момента «большого взрыва», не подвергался никаким изменениям. Космический мир (Вселенная, точнее, Метагалактика) образовался в течение первых миллиардов лет и, с тех пор, также неизменен, по крайней мере, в структурном отношении.
Химиогенез, образование тяжелых химических элементов, как известно, совершается в недрах звезд. Но это оказывается возможным, если на 7–9 порядков повысится от первоначальной (от 30 К) в их недрах температура, на столько же порядков возрастет качество энтропии (понизятся абсолютные ее значения), только тогда становятся возможными реакции термоядерного синтеза, сначала легких химических элементов (начиная с лития), а затем и следующих элементов, вплоть до элементов группы железа, имеющих атомные номера 26, 27, 28. Остальные же элементы (для существования жизни в том варианте, который нам известен, нужен полный перечень периодической системы элементов Д. И. Менделеева) могут образоваться либо при взрывах новых, либо сверхновых звезд. Это совершается при процессах с еще более высококачественной энергетикой, чем в рядовых звездах, в процессах, масштабно близких по качеству к качеству Большого взрыва (своеобразное возвращение к порождающему Вселенную началу). Так возникает и становится химический мир и далее не изменяется, хотя сам по себе этот процесс не прекращается никогда (об этом свидетельствует открытие, предсказанное советским астрофизиком Виктором Амбарцумяном в 50-х годах прошлого века, молодых горячих галактик и отдельных горячих звезд в нашей Галактике — Млечном Пути). Однако химический мир остается стабильным, новые химические элементы не появляются, и, как свидетельствует спектральный состав вещества звезд и галактик, во всей Вселенной они эквивалентны (тождественны) друг другу.
В раскрытии тайн и сущности антропного принципа важное место занимает рождение Солнечной системы и одной из ее планет — Земли, без которых невозможно появление совершенно конкретного вида жизни, единственно известного нам. Как осуществлялся наш конкретный гелиогенез, пока точно сказать невозможно (и вряд ли мы когда-нибудь об этом узнаем). Скорее всего, на месте нашего Солнца когда-то была некая большая звезда, которая взорвалась (в пределах 10 миллиардов лет назад) как сверхновая. В противном случае, трудно разумно объяснить наличие в недрах нашей Земли (и на других планетах и их спутниках) сверхтяжелых элементов, включая радиоактивные уран, торий и др.
Следующим по временному ряду является геогенез, в результате которого образовалась наша Земля. В ней проистекли все те процессы, в первую очередь геохимические, согласно учению Владимира Вернадского, которые, в конечном итоге, предопределили наличие в земной коре месторождений полезных ископаемых, жизнь без которых была бы, наверное, весьма проблематична. Месторождения, без сомнения, обязаны своим существованием биогенезу (жизни организмов) и, одно без другого, существовать не могут.
В ходе геогенеза, так же, как и при всех других выше отмеченных генезисах, первоначально повышается качество энергии среды (газово-пылевого облака, например, если принять небулярную гипотезу происхождения Земли и других планет), т. е. исходно, холодная или даже сверххолодная среда (но никак не среда в состоянии плазмы), по стандартному сценарию для всех планетных тел, в результате процессов организации или самоорганизации, в недрах своих начинает разогреваться до нескольких тысяч градусов. Высокую температуру, температуру несколько сот градусов, принимают также наружные слои (сферы) планеты и, пока эти слои не остынут до нескольких десятков градусов (по Цельсию), солнечная энергия не вносит существенного, а главное определяющего, негэнтропийного вклада, в земной энергетический баланс и, тем самым, в будущий, наиболее для нас важный, процесс биогенеза. Для конкретного биогенеза, а затем и антропогенеза, наступает, можно сказать, контрольное время в развитии. В самом деле, пока температура поверхности планеты продолжает составлять сотни градусов (по Цельсию), получаемая от нагретого до нескольких тысяч градусов Солнца негэнтропия весьма низка. Это не способствует началу осуществления биогенеза, для которого, наверное, существует некоторая критическая величина этой самой негэнтропии (нечто аналогичное началу цепной реакции деления ядер при достижении веществом некоторой критической массы или соответствующей критичной плотности потока нейтронов в нем, факт, установленный экспериментально и используемый в ядерных технологиях). Такие некритичные условия на Земле существовали, по крайней мере, первые 500 миллионов лет, с момента ее образования, после чего, с началом появления (формирования) вторичной (существующей до сей поры) атмосферы, средняя по планете температура наружных слоев, фактически поверхности Земли и приповерхностной атмосферы, постепенно, а может, резко, снизилась до 300 К и жизнь на Земле стала возможной, в первую очередь, лишь благодаря достигшей своей критичности негэнтропии солнечного излучения.
В биогенезе, сложнейшем из сложнейших процессов, мы сознательно отмечаем пока только одну энерго-энтропийную сторону, оставляя без внимания химико-биологические аспекты, содержащие специфическую конкретику процесса, рассматриваемую в соответствующих науках.
Сфера жизни на Земле — это высочайше, непревзойденно упорядоченная структура, которая «питается» негэнтропией. Действительно, предположив, что в среднем энергия на Земле не накапливается, мы должны констатировать большую разницу потоков энтропии от Солнца и Земли в окружающее космическое пространство, с положительным балансом в пользу Земли. Земля выбрасывает энтропии больше, чем получает от Солнца, что, кстати, только одно это весьма убедительно обосновывает Гайя-гипотезу Джеймса Лавлока и Линн Маргулис о живой Земле. Похожее явление объясняет происхождение так называемых ячеек Бенара, упорядоченных гексагональных структур, возникающих в тонком слое подогреваемого масла, при достижении в процессе подогрева определенных критических отношений между теплопроводностью и конвекцией. Итак, Земля получает высококачественную энергию от Солнца, перерабатывает ее, что сопровождается ростом энтропии из-за понижающейся температуры, и выбрасывает всю пришедшую энергию вместе с наработанной энтропией, повышая энтропию окружающего космического пространства. Именно это обстоятельство, этот механизм распоряжения энтропией обеспечивает жизнедеятельность на Земле. Постоянство негэнтропийного баланса Земли в обозримые интервалы времени, по-видимому, и лежит в основе открытого Вернадским закона сохранения биомассы на Земле. То, что предложено и описано, никак не объясняет сам феномен жизни, а указывает лишь на необходимость выполнения определенных критических условий, при которых она может появиться. Кстати, как показывают исследования микробиологов и палеонтологов, жизнь на Земле появилась сразу, внезапно, вдруг, как только появились, по нашему мнению, подходящие критичные негэнтропийные условия, что произошло более чем 4 миллиарда лет тому назад. Причина внезапного появления жизни будет указана несколько ниже. В проблеме же появления человека, носителя разума, надо, как и во всех предшествующих ему процессах, искать, как минимум, отмеченные выше критичные условия энергетического и энтропийного характера, которые имеют и вселенский, и галактический, и солнечный (звездный) масштабы, которые в нашем случае оказались тонко согласованными.
Теперь мы готовы рассмотреть и сам антропный принцип, который призван объяснить причину появления разума и его единственно известного нам носителя — человека.
11.4. О базовых параметрах Вселенной и Галактики (Млечного Пути)
Несколько десятилетий назад, точнее, впервые в 1961 году, известный американский физик Роберт Дикке, а затем выдающийся английский современный физик и астрофизик Стивен Хокинг и его ученик Брэндон Картер, обратили наше внимание на то, что структура Вселенной чрезвычайно чувствительна к численным значениям констант фундаментальных взаимодействий (гравитационного, электромагнитного, слабого и ядерного). Выяснилось, что существованию Вселенной в известной нам ее форме угрожают даже небольшие отклонения в ту или иную сторону значений заряда электрона, массы протона, постоянной Планка, скорости света и других физических параметров. Такой же физической (космической) угрозе подвергается существование самой жизни. Жизнь оказывается гораздо более тесно связанной с общекосмическими (в первую очередь, энерго-энтропийными, как отмечалось выше) условиями, чем это до сих пор предполагалось, и все менее очевидным становится взгляд на жизнь как на незначительный продукт случая (некой вселенской флуктуации). Многие процессы в космосе (здесь это синоним Вселенной) представляются направленными на возникновение и поддержание жизни. Именно эта мысль, этот вывод приводят к так называемому антропному принципу, поскольку выявляются вдруг удивительные взаимосвязи между живыми объектами, наблюдателями мира, наделенными интеллектом, т. е. нами, людьми, и фундаментальными универсальными свойствами Вселенной (иногда поэтому говорят об антропном космологическом принципе).
Непреложной истиной является тот факт, что на нашей планете существует форма жизни с сознанием, наблюдающий интеллект, который может задавать себе вопросы об окружающей вселенной и о себе самой, ответы на которые можно получить в следующей их логической последовательности (в формулировке Питера Хегеле):
— сознание предполагает или уверено, что существует жизнь;
— для своего возникновения жизнь нуждается в химических элементах и, прежде всего, в таких, которые тяжелее водорода и гелия (кроме самого космоса, состоящего почти на 100 % из них, т. е. звезды, галактики, ничего более из водорода и гелия невозможно построить);
— тяжелые элементы возникают только в результате термоядерного синтеза (сгорания) легких элементов, в результате слияния их ядер;
— слияние ядер атомов происходит только в глубинах звезд и требует, по крайней мере, температуру в нескольких десятков или сотен миллионов градусов и временной интервал продолжительностью в несколько миллиардов лет для того, чтобы возникло значительное количество тяжелых элементов;
— временные интервалы порядка нескольких миллиардов лет возможны лишь во Вселенной, которая сама существует, по крайней мере, несколько де. сятков миллиардов лет и имеет, таким образом, протяженность в несколько миллиардов или десятков миллиардов световых лет.
Этот минимум требований вселенского масштаба (но не солнечного и планетарного, которые не менее, если не более, важны, и на которых остановимся ниже) для возникновения жизни позволяет получить ответ на вопрос, почему наблюдаемая нами сегодня Вселенная так стара и так велика: потому что, в противном случае, человечества вообще не было бы. Условия, в которых могла первоначально возникнуть жизнь как вселенское явление, а вовсе не в нашей метагалактике, в которой она проявилась в частности и в известной нам конкретности, формировались безумно долго, потребовали интервала времени большего, чем существует известная нам метагалактика.
Как уже отмечалось ранее, согласно стандартной модели космогонии Лемэтра-Гамова, наш космос «стартовал» примерно 13–17 миллиардов лет назад «большим взрывом» чрезвычайно плотной и горячей материи (начальная сингулярность, неопределенное физическое состояние) и прошел с тех пор длинную историю развития. Сам момент «начала взрыва», его причина, физически мало понятен, если не сказать, что совсем не понятен, и современной физикой пока не понят до конца, но считается, что по прошествии одной миллионной доли секунды дальнейшее развитие может быть описано с помощью известных в физике законов микромира и природы в целом.
Через 100 секунд температура все еще составляла миллиард градусов; 25 % ядер водорода превратилось в ядра гелия. Через 400 000–700 000 лет возникли нейтральные атомы водорода, примерно через один миллиард лет образуются первые звезды, галактики и тяжелые химические элементы в недрах массивных звезд. Процесс образования галактик — в противоположность возникновению звезд и синтезу элементов — понят пока недостаточно хорошо. Из первоначального количества водорода в звездах около 2 % ушло на синтез таких важных для жизни элементов, как углерод, азот и кислород (некоторые подробности образования этих элементов будут обсуждены ниже).
Русский философ и драматург Александр Сухово-Кобылин, создатель «философии Всемира», которого можно, по этой причине считать одним из предтеч антропного принципа, в конце XIX века обосновывал идею, что жизнь в своем развитии должна была пройти три стадии: галактическую, сидерическую (звездную) и теллурическую (планетную). Точнее, он писал о стадиях развития цивилизации, поскольку он тогда не знал об истинных масштабах Вселенной, но позволим себе несколько переиначить его основную мысль. Предвидение Сухово-Кобылина оказалось пророческим. Как мы теперь знаем, в нашей Галактике благоприятные для развития жизни стадии создались и были пройдены в Солнечной системе на планете Земля.
Галактический пояс жизни. Наша Галактика, как и многие другие, имеет вращающуюся вокруг собственного центра спиральную структуру. Любой вращающийся объект имеет две скорости: угловую (или вращательную) и линейную. Если объектом является некоторое твердое тело, то при постоянстве его угловой скорости, линейные растут пропорционально удалению от центра вращения.
С нашей Галактикой все обстоит не так, и это ее первая тонкая и чрезвычайно существенная для нашего рассмотрения особенность (или тонкая согласованность ее частей). Именно линейная скорость вращающихся частей в ней сохраняется практически одинаковой до гигантских расстояний 18 кпк (килопарсек) от центра и равняется примерно 220–230 км/с. Этот факт свидетельствует о том, что по мере удаления от центра угловая скорость уменьшается. Это приводит к «запаздыванию» вращения внешних частей по отношению к внутренним и, в конечном счете, как итог, ведет к спиральности всей галактической системы. Как результат такого замедления вращения, по мере удаления от центра, на периферии галактики возникают специфические волны плотности, проявляющиеся в виде спиральных ветвей или рукавов. У нашей Галактики таких рукавов всего два — рукав Стрельца и рукав Персея. Принципиальным моментом в данном случае является то, что скорость вращения этих рукавов постоянна и, более того, именно на этом удалении, называемом коротационным кругом, и сама Галактика и ее рукава вращаются синхронно. Совершается это, конечно, в некотором весьма узком (по галактическим масштабам) кольце — торе радиусом всего 250 парсек, содержащем коротационный круг. Именно в зоне коротации (от англ. corotation — совместное вращение), единственной, особо выделенной, специфической зоне в каждой спиральной галактике, в ней, по мнению астрономов и астрофизиков, находится наше Солнце. Специфичность зоны коротации, прежде всего, определяется особыми условиями образования звезд. Вне пределов зоны коротации звезды подвергаются риску быть разрушенными мощнейшими ударными волнами. «Спокойная жизнь» нашего светила и его планет началась только тогда, когда они покинули место рождения нашей звезды, предположительно рукав Стрельца, и вышли в пространство между спиральными рукавами, где пребывают в благополучии до сих пор, и будут так пребывать еще не менее 10 миллиардов лет.
Базовые параметры Солнца и Земли. Продолжая поиск уникальных особенностей, определяющих сущность антропного принципа и породивших, в конце концов, жизнь, должно теперь сказать несколько слов о Солнце. Наше светило, как будто бы рядовая звезда, и тогда все ее проблемы — это проблемы общие астрофизические. Так ли это на самом деле? Если это так, то астрофизикам должны быть известны мириады «двойников» нашего Солнца. Детальный анализ спектров звезд класса нашего светила, так называемых желтых карликов, показал, что Солнце — не такая уж рядовая звезда. Пока не обнаружено ни одной звезды, которую можно было бы назвать «двойником» Солнца! Ни одна из множества исследованных звезд не обладает одновременно такими же физическими характеристиками, как температура, масса, радиус, определяющие ускорение силы тяжести, светимость, содержание металлов и микротурбулентность, какие есть у нашего Солнца. Французские астрономы, в течение 10 лет искавшие хотя бы еще одно похожее на Солнце светило, смогли обнаружить в созвездии Кормы довольно слабую звездочку, не отличающуюся от Солнца по возрасту, массе, температуре и некоторым другим показателям. Но все-таки совсем уж похожей на Солнце ее считать нельзя, так как в ней оказалось в несколько раз больше тяжелых металлов, чем в нашей звезде.
Вышесказанное о Солнце позволяет отнести его к уникальным, необычным звездным объектам. Если же соглашаться далее с некоторыми учеными, что наша планета Земля — единственная обитаемая планета в доступной для исследования части Вселенной, то возникает законный вопрос: не связана ли уникальность жизни на Земле с уникальностью физических условий на Солнце? По-видимому, исключить этого нельзя.
Уникальна также сама Земля, множество ее параметров. Мы хотели бы обратить внимание только на некоторые. Прежде всего, положение нашей планеты в солнечной системе. Расстояние от Солнца составляет около 150 млн км. Если бы оно было всего на 8 млн км меньше, то не могла бы возникнуть конденсация водяного пара и не образовались бы океаны, на планете главенствовал бы углекислый газ; если бы наша планета была удалена от Солнца всего на 2 млн км дальше (!), то образовались бы ледники (как на Марсе), так что и в первом и во втором случаях возникновение жизни стало бы весьма проблематичным. Критичной также оказывается скорость движения Земли по околосолнечной орбите. Если бы она составляла всего 3 км/с, то Земля довольно скоро влетела бы в Солнце, если бы она была больше 41 км/с, то тогда Земля навечно покинула бы Солнечную систему; скорость же Земли составляет золотую середину — 30 км/с!
Известно, что доля кислорода в атмосфере составляет сейчас 21 %, что предопределяет спокойное существование человека, появившегося на планете всего-то несколько миллионов лет назад (по мнению большинства исследователей). Если в атмосфере доля кислорода составляет всего 15–18 %, то невозможным оказывается горение. Если же эта доля превзойдет предел 30 % (по гипотезе русского геофизика Олега Сорохтина, кислород идет из недр земных в результате конвективного движения мантии от расплавленного ядра Земли к земной коре и обратно, высвобождая кислород при переплавке окислов в ядре), что, как видно, вполне возможно, то тогда будет гореть все и пожар этот не затушить! Опять же, современная доля кислорода критична! Список других уникальных параметров Земли можно продолжать долго.
11.5. Тонкая согласованность физических законов и мировых констант
Теперь вернемся к сидерическому и, еще раз, к галактическому этапам развития Вселенной. Особо впечатляющий пример тонкой согласованности встречается в механизме образования ядер углерода — ядер того химического элемента, наличие которого является одним из необходимых условий возникновения жизни.
Непосредственно после «большого взрыва» возникли только легкие элементы, точнее, их ядра, — ядра водорода, гелия и лития. Последующие, более тяжелые ядра, должны были рождаться в недрах звезд или при их взрывах, как установлено в астрофизике. Было установлено, после многих лет драматических исследований, что ядро углерода может образоваться, если прежде слились два ядра гелия-4 и образовали возбужденное ядро бериллия — 8 (4 и 8 — это числа нуклонов в ядрах), с которым резонансно, т. е. при наличии «разрешенного» энергетического уровня в ядре углерода, сливается еще одно ядро гелия-4. Когда известный физик и космолог англичанин Фред Хойл в 1954 году теоретически предложил такой вариант реакции, экспериментаторам не был известен такой «разрешенный уровень», но поразительно, что позднее этот уровень все же обнаружился и составил энергию всего-то на 4 % выше массовых энергий (по Эйнштейну) соударяющихся партнеров. Это удивительное (опять удивительное!) совпадение обусловлено очень сложной картиной сильного (ядерного) взаимодействия в ядре углерода. Недостающая доля энергии легко добавляется за счет кинетической энергии соударяющихся ядер.
Еще более удивительно, что углерод, по только что указанной схеме, не преобразуется тотчас же в кислород, в результате чего углерода вообще не было бы. Кислород-16 (точнее, его ядро) имеет в действительности один резонансно подозрительный (поскольку здесь идет охота за чудесами) энергетический уровень, но для эффективного протекания реакции он лежит всего лишь на 1 % ниже, чем это было бы необходимо. Дисбаланс энергий, которой переизбыток, не может быть в этом случае скомпенсирован за счет кинетической энергии, так как кинетическая энергия всегда положительна. Фред Хойл позже сознался: «Ничто не поколебало мой атеизм сильнее, чем это открытие». Ему вторит и известнейший популяризатор науки, физик Поль Девис, заявивший, что здесь мы встречаемся с элементами космического плана (или, если угодно, Божьего промысла — это уже заявление от нас). Сегодня известно большое число тонких согласований:
— в стандартной космологической модели скорость расширения Вселенной и силы тяжести согласованы друг с другом с точностью до соотношения 10-55, т. е. чудовищно точно. Если бы расширение Вселенной происходило быстрее, то галактики и звезды не образовались бы; не создались бы и благоприятные условия для жизни. Если бы этот процесс протекал медленнее, то Вселенная пережила бы коллапс (схлопывание) еще до образования хотя бы одной звезды;
— если бы физические константы сильного взаимодействия были всего лишь на 0,3 % больше или на 2 % меньше, то не было бы никакой жизни, так как они либо не смогли бы образоваться, либо образовались бы только они, и не смогли бы образоваться атомы;
— то же относится к постоянной тонкой структуры, введенной в начале квантовой эры немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом и равной 1/137. В этой мировой постоянной воедино связаны заряд электрона, скорость света и постоянная Планка, т. е. все три мировые константы. Все это говорит о ее исключительной важности в природе. И действительно, ее отклонение в ту или иную сторону на несколько процентов от существующей не позволило бы возникнуть большинству звезд с критическими параметрами для производства элементов. Была бы она несколько меньше — не было бы звезд с массой меньшей, чем 0,7 массы Солнца, была бы эта постоянная несколько больше — не было бы звезд с массой меньшей, чем 1,8 массы Солнца. Отклонение перечисленных параметров и величин на несколько процентов воспрепятствовало бы возникновению и самой жизни. Важно отметить, что обсуждаемые тонкие согласованности законов Вселенной не являются продуктом приспособляемости, как они трактуются в эволюционной биологии. Это не целесообразный результат «космической эволюции», а выявленные и глубже пока не обоснованные предпосылки жизни.
11.6. Магия (мистика) больших чисел
В проблеме обоснования и истолкования антропного принципа некоторых исследователей завораживает магия или мистика чисел. Исторически вера в числа пошла от Пифагора, в основе натурфилософского учения о Вселенной у которого лежало натуральное число («самое мудрое в мире — число», «числу же все подобно» и «все вещи суть числа» или другой вариант: «все сущее — есть число». — утверждал Пифагор (устами Аристотеля), отдавая дань математической сущности природы). Сам же Аристотель критиковал пифагорейцев за принятие в качестве начал (первоэлементов) чистых математических сущностей, не признавая основополагающим пифагорейский конструктивный и умозрительный мир чисел и геометрических фигур. Но последователем Пифагора был непревзойденный Платон, ценящий математику настолько, что на воротах его Академии были начертано изречение: «Пусть не входит никто, не знающий геометрии» (это изречение было взято в качестве афоризма Николаем Коперником к его великой книге «О вращениях небесных сфер» и, конечно, неспроста). Сам же Платон особенно почитал пять правильных выпуклых многогранника, которые связывал с элементами природы и самим космосом (Вселенной), получивших в науке название Платоновых тел: тетраэдр связывал с огнем, гексаэдр — с землей, октаэдр — с водой, икосаэдр — с воздухом и додекаэр — с космосом.
Но самого отца магии чисел ждало жесточайшее разочарование, когда им была открыта несоразмерность отрезков, что исключало возможность использования только целых (натуральных) чисел. (Кстати, в XIX веке немецкий математик, специализировавшийся в области теории чисел, Леопольд Кронекер, сказал: «Господь Бог создал целые числа, все остальное — дело рук человеческих».) Легенда гласит, что это открытие Пифагора содержалось в строжайшей тайне, а пифагореец Гиппас, который пытался раскрыть эту тайну, трагически поплатился за это жизнью. По-видимому, в основу легенды (и это далеко небезынтересно в нашем исследовании) положен факт раскола пифагорейцев на две взаимно исключающие друг друга ветви: научную и религиозно-мистическую. Это разделение среди ученых (и простых людей) осталось навсегда.
Математической сущности природы придерживались и великий открыватель законов космоса Иоганн Кеплер и основатель экспериментальной европейской науки итальянский гений Галилео Галилей, когда он писал, как завещание, в 600-страничной книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению»: «Философия написана в величайшей книге, которая постоянно открыта нашим глазам (я говорю о Вселенной); но нельзя ее понять, не научившись прежде понимать ее язык и различать знаки, которыми она написана. Написана же она языком математическим».
С давних времен люди почитали и по сию пору, почитают так называемое «золотое сечение», оно же «золотая пропорция», «золотое деление» (его изложение есть в «Началах» Евклида), которое приближенно (с возрастающей точностью) выражается через отношения ряда чисел Фибоначчи 5/3, 8/5, 13/8, 21/13 и т. д., т. е. ряда чисел, открытого итальянским математиком Фибоначчи (его имя Леонардо Пизанский) в 1202 году (!), ряда, в котором каждый последующий член равен сумме двух предыдущих — 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21…. В пределе число золотой пропорции иррационально — 1,6280338…. Сейчас стало ясно, что восхищались этим числом не безосновательно. В 1957 году американский математик Бергман показал, что это число 1,6280338… может быть эффективным основанием компьютерных вычислений, превосходящим по эффективности принятую в настоящее время двоичную систему счисления. Возможно, что когда-нибудь это найдет применение. Термин золотое сечение ввел Леонардо да Винчи, некоторые авторы называли эту пропорцию божественной.
В Новейшее время комбинаторикой чисел занимался открыватель квантов немецкий физик Макс Планк, а, в связи с проблемами космологии, великий английский физик Поль Дирак. Это ему принадлежит открытие новых безразмерных постоянных, численно приблизительно выражающихся единицей, либо с тридцати девятью, либо с сорока нулями — 1039 — 1040 Дирак писал в одной из статей: «Как и другие безразмерные физические постоянные, это число (составленное из квадрата электрического заряда, масс электрона и протона и гравитационной постоянной. — Авт.) должно быть объяснено. Можно ли хотя бы надеяться придумать теорию, которая объяснит такое огромное число? Его нельзя разумно построить, например, из 4x и других простых чисел, которыми оперирует математика! Единственная возможность объяснить это число — связать его с возрастом Вселенной». Вот так закладывается современная магия, магия больших чисел. Через эту магию и П. Дирак, Р. Дикке и др. пытаются дать научное обоснование антропного принципа, но не как физического принципа, а какого-то более общего, еще более фундаментального, чем любой физический принцип. Класс принципа, к которому должен быть отнесен антропный принцип, таким образом, не ясен. Но это вовсе не значит, что эта проблема не должна исследоваться ни естественными науками, ни философией. Это вызов и философии и естествознанию, вызов всей науке, всей цивилизации. Возможно, что решение этой проблемы выведет человечество на новый виток познания, создаст принципиально новую науку.
11.7. Слабая формулировка антропного принципа
Рассмотренные выше закономерности Вселенной и предпосылки возникновения в ней жизни можно свести к единому принципу, называемому антропным принципом.
Сейчас различают три варианта формулировок принципа: слабую, сильную и сверхсильную. Кратко в слабой формулировке он гласит: физическая Вселенная, которую мы наблюдаем, представляет собой структуру, допускающую нагие присутствие как наблюдателей. Расширенно и подробно эту формулировку раскрыли американские физики Берроу и Типлер (последнему, кстати, принадлежит одно из новых нетривиальных определений жизни «как информации»). Их формулировка слабого варианта антропного принципа такова: «Наблюдаемые значения всех физических и космических величин не произвольны. Они в значительной мере принимают значения, которые ограничены требованием наличия региона, в котором могла возникнуть жизнь на базе углерода, и требованием к возрасту Вселенной, достаточным для того, чтобы это уже произошло». В какой-то степени приведенные формулировки представляется тавтологией, вроде этой: наблюдатель наблюдает Вселенную, допускающую наблюдение. Есть ли в этом какой-то смысл? Вроде бы и есть, и даже не совсем простой.
Во-первых, слабый вариант принципа напоминает о том, что в теориях надо учитывать наблюдателя. В классической науке, благодаря картезианско-ныотоновской формулировке, наблюдателю места нет, а вот в неклассической (через посредство принципа относительности к средствам наблюдения) и в постнеклассической науке (синергетике Германа Хакена, теории диссипативных структур Ильи Пригожина, теории автопоэза Матураны-Варелы и др.) наблюдатель уже учитывается. В таком случае принцип играет роль «фильтра» для отбора теорий, причем фильтра чрезвычайной плотности, из-за отмечавшейся выше тонкой согласованности законов и констант.
Во-вторых, слабый вариант принципа обращает внимание на то, что возможности для жизни тесно связаны с законами природы и с общекосмическим (вселенским) развитием (космогенезом), и их не следует воспринимать и рассматривать независимо друг от друга. Если, как оказалось, жизнь все же возникла, то, может быть, она была изначально преднамеренна, заранее запланирована? Но тогда мы вправе задать вопрос: Кто или Что за всем этим стоит? Пока мы не будем пытаться дать ответ на этот естественный вопрос.
В-третьих, слабый вариант принципа указывает на случайное появление наблюдающего разума, отрицает жесткий классический детерминизм необходимости в произошедшем, в случившемся в этом мире. Это представляется как-будто наиболее естественным, но вряд ли научным, так как мы знаем сейчас почти безграничные возможности науки, и был бы грех все списать на счастливый случай.
Анализируя этот вариант антропного принципа, академик Никита Моисеев сформулировал ряд постулатов. Эти постулаты таковы (выделены курсивом):
1. Вселенная представляет собой единую саморазвивающуюся систему. По нашему убеждению, Вселенная столь стара, что «забыла» о своем начале, а поэтому никак не может быть единой, представляя собой, скорее, несвязанное, несчетное множество метагалактик, в одной из которых нам привелось жить.
2. Во всех процессах, имеющих место во Вселенной, неизбежно присутствуют случайные факторы, влияющие на их развитие. В обзорной статье Дмитрия Чернавского о проблеме возникновения жизни, показывается безнадежность случайных факторов для возникновения не то что самой жизни, а даже элементов жизни (ДНК, РНК и т. д.) за какое-либо разумное время, превосходящее время существования нашей метагалактики на 100, 1000 и более порядков.
3. Во Вселенной властвует наследственность.