Аргумент тонкой настройки

Материал из РациоВики
Перейти к: навигация, поиск

Аргумент тонкой настройки (AA110) основывается на теоретическом выводе, полученном в рамках современной науки (физики, астрофизики и космологии), что многие параметры нашей Вселенной как будто точно настроены на возможность существования разумной жизни, поскольку при небольшом изменении значений этих параметров разумная жизнь в известной нам форме не смогла бы существовать по тем или иным причинам. При этом пока не известны точно причины, по которым данные параметры приняли именно эти значения. Апологеты полагают, будто это указывает на разумный замысел Вселенной и игнорируют альтернативные возможные объяснения. Данный аргумент является разновидностью логической ошибки "бог белых пятен": мы не знаем, почему параметры Вселенной приняли именно такие значения, – следовательно, их настроил бог.

Суть аргумента[править]

Современные физические теории, описывающие реальность на фундаментальном уровне, (квантовая механика, Стандартная модель физики элементарных частиц, общая теория относительности, теория Большого взрыва) включают в себя множество различных "свободных" параметров, значения которых пока ещё не объясняются существующими ныне теориями и берутся просто из эксперимента. Таким образом, современная наука ещё не знает, почему эти параметры имеют именно такие, а не иные значения. К этим параметрам относятся, например, фундаментальные константы физических взаимодействий (гравитационная постоянная, скорость света в вакууме, постоянная Планка, константы связи сильного ядерного и электрослабого взаимодействий), массы и заряды элементарных частиц, космологическая постоянная, относительная величина начальных флуктуаций плотности в ранней Вселенной и др. Поскольку эти параметры не определяются имеющимися теориями и на данный момент не известно никаких более глубоких принципов, которые определяют значения этих параметров, то они выглядят произвольными, способными в принципе принимать любые значения. При этом теоретические расчёты показывают, что многие из этих параметров выглядят как будто тонко настроенными для возможности существования жизни, потому что изменения значений этих параметров привели бы к тому, что разумная жизнь в известной нам форме не смогла бы существовать или не смогла бы зародиться по тем или иным причинам. И по мнению апологетов, данный факт указывает на наличие разумного замысла, создавшего Вселенную и настроившего её параметры специально ради жизни человека в ней.

Примеры тонкой настройки[править]

  • Если бы разность масс нейтрона и протона (1,3 МэВ) была бы меньше массы электрона (0,5 МэВ), то в атоме водорода происходил бы обратный бета-распад: протон вступал бы во взаимодействие с электроном с образованием вместо них нейтрона и нейтрино. Это привело бы к нестабильности атома водорода, который просуществовал бы всего около 30 часов. Поскольку массы нейтрона и протона составляют примерно 939 МэВ и 938 МэВ соответственно, это означает, что изменение масс этих частиц всего на одну тысячную долю привело бы к отсутствию во Вселенной водорода – главного ядерного "горючего" для звёзд. Следовательно, не было бы обычных звёзд со всеми вытекающими последствиями. С другой стороны, если бы разность масс нейтрона и протона (1,3 МэВ) была бы больше суммы массы электрона (0,5 МэВ) и энергии связи ядра дейтерия (2,2 МэВ), то в ядре дейтерия мог бы происходить обычный бета-распад нейтрона на протон, электрон и антинейтрино, что привело бы к нестабильности дейтерия, который являлся важным звеном в цепочке ядерных реакций, происходящих в недрах звёзд и приводящих к образованию почти всех химических элементов тяжелее водорода и гелия. Таким образом, получается, что разность масс нейтрона и протона должна быть заперта в относительно узком интервале масс: больше массы электрона, но меньше суммы массы электрона и энергии связи ядра дейтерия. В свою очередь эта разность масс, как и энергия связи дейтерия, определяется фундаментальными параметрами (массами кварков, постоянными сильного взаимодействия и др.).[1]
  • Если бы постоянная сильного ядерного взаимодействия (удерживающего протоны и нейтроны в атомных ядрах) была несколько меньше, то ядерные силы оказались бы недостаточны для существования устойчивых атомных ядер.[2]
  • Если бы значение гравитационной постоянной было больше, то температура в недрах звёзд была бы выше, что привело бы к увеличению скорости термоядерных реакций и сокращению времени жизни звёзд. Вследствие этого звёздам и обращающимся вокруг них планетам не хватало бы времени на эволюцию жизни. А если бы значение гравитационной постоянной было ниже, то звёзды были бы слишком холодными, и термоядерные реакции в них вообще не протекали бы, и жизни не только не хватило бы времени на эволюцию, но и вообще не из чего было бы образовываться.
  • Существует также гипотеза, что образование планетных систем, происходящее совместно с образованием звёзд, может успешно происходить только у таких звёзд, которые после образования сохраняют поверхностный конвективный слой (который есть, например, у звёзд типа Солнца, но отсутствует у более массивных звёзд). Если бы гравитационная постоянная имела бы заметно более высокое значение, то звёзды после образования не имели бы поверхностных конвективных слоёв, а значит, не имели бы и планетных систем.[3]
  • Химические элементы, из которых состоит жизнь (кроме водорода) образовались в ходе ядерных реакций в недрах звёзд. Звёзды типа Солнца после окончания в них ядерных реакций и соответствующего выделения энергии превращаются в белые карлики, в которых гравитационное давление уравновешивается давлением вырожденного электронного газа. Однако если масса сжимающегося ядра звезды превышает предел Чандрасекара (равный примерно 1,4 от массы Солнца), то давления вырожденного электронного газа оказывается недостаточным для предотвращения дальнейшего гравитационного сжатия звезды. В этом случае происходит обратный бета-распад: под действием огромного давления электроны "вдавливаются" в протоны, в результате чего образуются нейтроны и нейтрино. В результате ядро звезды превращается в нейтронную звезду (или в чёрную дыру), а поток улетающих нейтрино создаёт сильное давление, приводящее к выбрасыванию остальной массы (оболочки) звезды в окружающее межзвёздное пространство. Выброшенное вещество обогащено тяжёлыми химическими элементами, произведёнными в ходе эволюции звезды (причём элементы тяжелее железа производятся в момент самой вспышки сверхновой), и оно участвует в дальнейшем круговороте вещества: в образовании звёзд следующего поколения, а также обращающихся вокруг них планет и жизни на этих планетах. Чтобы весь этот процесс – включающий взрывы сверхновых, обратный бета-распад, образование нейтрино и выброс вещества в межзвёздную среду – мог происходить, некоторые параметры, включая массы элементарных частиц и величину слабого ядерного взаимодействия, должны быть определённым образом настроены.
  • Центральным химическим элементом, из которого построена известная нам жизнь, является углерод. В звёздах углерод образуется в ходе тройной гелиевой реакции, при которой три ядра гелия сливаются и образуется ядро углерода. Чтобы это могло происходить, ядро атома углерода должно обладать возбуждённым состоянием с энергией определённой величины – 7,82 МэВ. Причём наличие этого состояния сначала было предсказано теоретически на основе данного аргумента, а потом было открыто экспериментально.[4][5] (Хотя по поводу данного факта "тонкой настройки" у учёных нет однозначного мнения. По мнению одних, данное значение энергии допускает вариацию в пределах всего лишь нескольких процентов. Но по мнению некоторых других учёных, в данном случае никакой тонкой настройки вообще не требуется.[Комм. 1])
  • Наблюдаемая структура Вселенной, включающая в себя планеты, звёзды, галактики, скопления галактик и т.д., возникла из первичных небольших неоднородностей распределения вещества (возмущений плотности), существовавших в ранней Вселенной, относительная величина которых составляла 10–5, в результате их последующего гравитационного сжатия и стягивания к себе вещества из окружающей среды. На эти неоднородности действуют две силы: гравитация, которая стремится их сжать, и расталкивание вследствие расширения Вселенной. Поэтому, чтобы из них действительно могли образоваться галактики, звёзды, планеты и проч., величина этих неоднородностей должна быть определённым образом сонастроена со скоростью расширения Вселенной. Если бы их величина была бы меньше в 10 раз, то есть 10–6, галактики оказались бы слишком маленькими, а звёзды – чересчур редкими; взрывы сверхновых происходили бы гораздо реже, и к настоящему времени большая часть Вселенной представляла бы собой чрезвычайно разреженные облака водорода и гелия. Если уменьшить контраст плотности ещё немного, то образование галактик и звёзд станет вообще невозможным. А если бы величина этих первичных неоднородностей была больше в 10 раз, т.е. 10–4, то плотность звёзд в Галактике была бы слишком высокой, что повышало бы вероятности их столкновений друг с другом, в результате чего, им не хватало бы времени для зарождения и эволюции жизни до разумного состояния на обращающихся вокруг них планетах. Если же увеличить контраст первичных возмущений плотности в 100 раз, т.е. до 10–3, то под действием гравитации они быстро превратились бы в чёрные дыры, которые поглотили бы всё окружающее вещество, и во Вселенной не было бы ничего, кроме чёрных дыр.[6] (Однако, как можно заметить из этого обсуждения, значение данного контраста плотности и скорость расширения Вселенной можно менять синхронно друг с другом.)

Возможные объяснения[править]

Классификация объяснений и антропный принцип[править]

На данный момент точно не известны причины тонкой настройки параметров Вселенной, существуют лишь различные гипотетические объяснения, все из которых обладают какими-либо недостатками и ни одно из них не является доказанным.

Возможные объяснения тонкой настройки можно разделить на два типа:

  • Антропные объяснения – это такие объяснения, которые каким-либо образом ссылаются на саму возможность существования разумной жизни. Проще говоря, антропные объяснения заканчиваются словами: "...потому что только при таких параметрах разумная жизнь может существовать/зародиться". К этому типу объяснений относятся, например, гипотеза разумного замысла и объяснение на основе мультивселенной.
  • Неантропные объяснения – это такие объяснения, которые никак не ссылаются на возможность существования разумной жизни. В их рамках возникновение имеющихся законов физики и значений параметров Вселенной объясняется через какие-либо механизмы, не имеющие никакого отношения к существованию жизни, а возможность существования жизни оказывается просто "побочным эффектом" этих механизмов. К этому типу объяснений относятся, например, более общие теории (в частности, возможная теория всего) и гипотеза космологического естественного отбора.

Антропный принцип – это утверждение, что объяснение тонкой настройки Вселенной должно быть антропным. По мнению сторонников этого принципа, связь значений параметров Вселенной именно с возможностью существования разумной жизни (а не с какими-либо другими свойствами Вселенной) настолько очевидна и бросается в глаза, что именно в этом направлении и нужно искать объяснение – каким-то образом увязывать его именно с возможностью существования жизни, а не с чем-то другим. По их мнению, вероятность того, что истинное объяснение окажется неантропным, довольно низкая.

Имеющиеся на сегодняшний день различные гипотетические объяснения можно классифицировать в виде таблицы, а ниже каждое из них будет рассмотрено подробнее.

ВОЗМОЖНЫЕ ОБЪЯСНЕНИЯ ТОНКОЙ НАСТРОЙКИ ВСЕЛЕННОЙ

ТИП ОБЪЯСНЕНИЯ:

Одна вселенная Много вселенных
Антропные

(выбор законов физики и параметров как-то связан с возможностью существования разумной жизни)

Разумный замысел

Некий разумный сверхъестественный создатель намеренно создал Вселенную, чтобы поселить в ней живых питомцев – людей, и настроил для этого законы физики и значения параметров Вселенной.

Мультивселенная + антропный принцип

Существует множество вселенных (областей мультивселенной) с самыми разными наборами законов физики и значений физических констант и прочих параметров. Разумная жизнь возникла в той (или в тех немногих) из них, где законы физики это позволяют. В большинстве других вселенных законы физики несовместимы с существованием разумной жизни. Таким образом, вселенные, допускающие существование жизни, являются уникальным меньшинством. Один из возможных механизмов формирования мультивселенной с разными законами физики описывается теорией вечной (хаотической) инфляции в сочетании с M-теорией.

Неантропные

(выбор законов физики и параметров никак не связан с возможностью существования разумной жизни)

Более общая теория

Параметры Вселенной определяются пока не известными принципами, которые должны стать частью будущей более общей теории, которая объяснит тонкую настройку. Возможно и так, что может существовать только один набор значений параметров, который определяется простыми, элегантными и фундаментальными математическими принципами и уравнениями, лежащими в основе мироздания (которые ещё не открыты), и других законов физики и значений параметров быть не может.

Космологический естественный отбор

Вселенные порождают другие вселенные при образовании в них чёрных дыр. При этом законы физики и значения параметров передаются по наследству вселенным-потомкам, но слегка "мутируют". Больше потомства оставляют те вселенные, чьи законы физики настроены на образование как можно большего числа чёрных дыр. Поэтому эволюция вселенных движется в этом направлении. Но эти же законы физики позволяют существовать и разумной жизни (как побочный эффект). Следовательно, большинство вселенных в популяции имеет именно такие законы физики, они не уникальны.

Антропные объяснения[править]

Разумный замысел[править]

Объяснение на основе разумного замысла формулируется так: некий сверхъестественный разумный творец имел намерение создать Вселенную специально для того, чтобы поселить в ней разумных обитателей – людей, поэтому и с этой целью он при создании Вселенной настроил её параметры, придав им именно такие значения, а не иные, потому что только при таких значениях параметров жизнь может существовать. Последние слова означают, что данное объяснение относится к типу антропных, потому что в его рамках выбор значений параметров определяется возможностью существования жизни.

В принципе, гипотеза разумного замысла имеет право на существование в качестве одного из возможных гипотетических объяснений тонкой настройки, но не более того. К тому же против этого объяснения имеется множество фактов. Если смотреть на свойства Вселенной в целом (а не только на один специально избранный факт "тонкой настройки"), то она явно не выглядит созданной для существования жизни, тем более для жизни конкретно обитателей планеты Земля.

  • Во-первых, Вселенная явно избыточна для существования как жизни вообще, так и конкретно земной жизни. В частности, для обитателей Земли столь огромная Вселенная с сотнями миллиардов галактик явно не нужна. Как и не нужны все остальные планеты Солнечной системы, непригодные для жизни.
  • Во-вторых, большая часть этой огромной Вселенной совершенно непригодна для жизни, не считая отдельных малых областей вокруг звёзд, составляющих ничтожно малый объём Вселенной. В частности, как было сказано, даже если рассматривать только Солнечную систему, то в ней жизнь возможна только в узком поясе вокруг Солнца, в который попадает планета Земля. В то время как условия на остальных планетах уже не пригодны для жизни – и тогда непонятно их назначение.
  • В-третьих, даже и этот малый кусочек мира постоянно угрожает человеку и убивает его природными катаклизмами, эпидемиями, паразитами, вирусами, хищниками и проч., и даже в нём человеку постоянно приходится бороться за своё выживание. Наша Солнечная система заполнена большим количеством летающего "мусора" в виде астероидов и комет, которые постоянно угрожают столкнуться с Землёй и уничтожить жизнь на ней. В прошлом они уже уничтожали большую часть жизни на Земле, и в любой момент могут ещё раз это сделать. Большая часть поверхности Земли также неблагоприятна и некомфортна для жизни человека (океаны, пустыни, ледники и т.д.). Таким образом, Земля, Солнечная система и Вселенная в целом не выглядят задуманными и спроектированными для существования жизни. Скорее, всё указывает на то, что не мир был создан для человека, а человек приспособился в процессе эволюции к тому небольшому кусочку мира, условия в котором случайно оказались более или менее подходящими для существования сложной белковой жизни и в котором человеку всё равно приходится постоянно бороться за своё выживание. И никакой "заботливый создатель" человека никак не оберегает, даже от своих собственных "косяков". Например, никакой "всемогущий бог" не сделал ничего, чтобы предотвратить землетрясение в Индийском океане в 2004 г., убившее порядка 300,000 человек, хотя ему это ничего не стоило бы, если бы он существовал. Даже несмотря на то, что это его брак, а не вина людей (ведь это именно он создал Землю такой, что на ней случаются землетрясения, цунами и проч.).

Нобелевский лауреат, физик и космолог Стивен Вайнберг в книге "Мечты об окончательной теории" указывает на тот факт, что и большинство известных физике фундаментальных частиц не играют никакой роли для существования жизни:

«Чем больше фундаментальных физических принципов мы открываем, тем меньшее отношение они к нам имеют. <...> Электроны являются существенной частью окружающего нас мира, а частицы, называемые мюонами и тау-лептонами, едва ли имеют отношение к нашим жизням, но в том виде, как это выглядит в наших теориях, электроны ни в коей мере не кажутся более фундаментальными, чем мюоны или тау-лептоны. Можно высказать более общее утверждение: никто еще не обнаружил никакой корреляции между чем бы то ни было, что важно для нас, и тем, что важно для фундаментальных физических законов.»

Все эти факты понижают вероятность гипотезы разумного замысла и повышают вероятность альтернативных объяснений тонкой настройки, в рамках которых Вселенная не предполагается специально созданной ради жизни человека.

Более того, все знания современной науки о разуме указывают на то, что он является продуктом работы головного мозга (см. обзор Мозг и психика), т.е. материального объекта, самого по себе нуждающегося в энергии, питании, а также в тонкой настройке параметров Вселенной для возможности его существования. Поэтому гипотезы о существования нематериального разумного создателя противоречат современным данным нейробиологии и нейропсихологии и являются чистыми спекуляциями (в пользу которых нет ни одного подтверждения, но есть множество свидетельств против них). К тому же можно заметить, что если мы утверждаем, что существование разумной жизни требует тонкой настройки Вселенной, то и сам разумный создатель (также являющийся, очевидно, разумной жизнью) нуждается в тонкой настройке и поэтому не мог эту тонкую настройку создать.

Мультивселенная + антропный принцип[править]

Другое гипотетическое объяснение тонкой настройки, в общих чертах, заключается в том, что существует огромное множество вселенных, параметры которых принимают самые разные значения, – и среди этого гигантского разнообразия вселенных с самыми разными параметрами наверняка найдётся и такая вселенная, параметры которой примут нужные значения для возможности возникновения жизни. И мы наблюдаем в нашей Вселенной значения параметров, подходящие для возможности возникновения и существования жизни, потому что только во вселенной с такими параметрами могла возникнуть разумная жизнь (при этом есть вселенные и с другими значениями параметров, но в них жизнь не возникла и поэтому эти значения некому наблюдать). Последние слова означают, что этот класс объяснений также является антропным, поскольку в его рамках выбор значений параметров Вселенной определяется возможностью существования жизни. Разумеется, данное объяснение (или, точнее, класс объяснений) подразделяется на множество частных теорий, предлагающих разные механизмы образования этих вселенных и принятие их параметрами тех или иных значений. Множество разных вселенных можно понимать в более широком смысле – как различные части одной вселенной с разными законами физики (параметрами) или как различные этапы эволюции вселенной, в ходе которой её законы физики (параметры) меняются.

Все современные физические теории, описывающие более или менее глубокие уровни организации материи, так или иначе указывают на то, что Вселенных должно быть много. Среди них:

Одной из таких теорий, предлагающих конкретный механизм образования мультивселенной с разными законами физики, является сочетание теории струн (или её обобщения – М-теории) с космологической теорией вечной (хаотической) инфляции. Согласно теории струн, пространство-время должно иметь 9 пространственных и 1 временное измерение (в рамках M-теории – 10 пространственных и 1 временное, но ниже для примера мы будем продолжать говорить о девяти, т.к. точное их количество для данного обсуждения не играет роли). Но из 9 пространственных измерений только 3 имеют макроскопическую протяжённость, а остальные 6 компактифицированы (т.е. замкнуты сами в себя) до размеров порядка нескольких планковских масштабов длины (10–33 см), в результате чего они незаметны для нашего опыта. Причём, вариантов компактификации (или топологии) этих дополнительных измерений существует огромное множество, и нет никаких оснований считать, будто в реальности реализовано только одно из них. Все частицы в рамках этой теории представляют собой микроскопические струны, колеблющиеся в этих дополнительных измерениях, и свойства частиц определяются характерами колебаний. В свою очередь, варианты компактификации дополнительных измерений определяют характер колебаний струн, а следовательно, они определяют свойства элементарных частиц и константы физических взаимодействий. В частности, поскольку колебания микроскопической ограниченной системы квантованы, т.е. могут иметь лишь дискретный спектр, то существует лишь дискретный набор элементарных частиц с дискретным набором масс и других параметров. И поскольку существует множество различных способов компактификации дополнительных измерений, то может существовать и огромное множество вселенных (или различных областей одной вселенной) с разными законами физики, различными свойствами элементарных частиц, значениями фундаментальных постоянных, констант связи и т.д.

В качестве простой иллюстрации представим себе двумерное пространство, одно из измерений которого имеет макроскопические размеры (например, бесконечно), а второе измерение компактифицировано, т.е. замкнуто само в себя, с планковским радиусом кривизны. Другими словами, это пространство представляет собой длинный тонкий цилиндр с микроскопическим радиусом порядка планковского масштаба. В этом случае нет причин считать, будто радиус цилиндра обязательно должен быть везде одинаков. Если на этот цилиндр "намотаны" колеблющиеся струны, представляющие собой элементарные частицы, то в участках с разным радиусом кривизны длина этих струн будет разной, а значит, будут разными частоты их собственных колебаний и, следовательно, будут разными свойства элементарных частиц. Воображаемый наблюдатель, живущий на этом цилиндре (и воспринимающий его как одномерный из-за того что второе измерение слишком мало и потому незаметно для него), при движении вдоль цилиндра может проходить участки с разным радиусом кривизны, и тогда он будет замечать, что законы физики (параметры частиц и константы связи) постепенно меняются при переходе от одной области пространства к другой.

Исследования реликтового излучения указывают на то, что наблюдаемая нами часть Вселенной имеет плоскую, т.е. евклидову геометрию. Это может означать одно из двух.

  • Первый вариант: вся наша Вселенная действительно плоская, но это потребовало бы тонкой сонастройки суммарной плотности всех видов материи и энергии, содержащихся во Вселенной, и скорости её расширения (параметра Хаббла). Другими словами, средняя плотность Вселенной должна быть в точности равна критической (которая определяется параметром Хаббла). Недостаток этого варианта в том, что он требует тонкой сонастройки параметров.
  • Второй вариант: наблюдаемая нами Вселенная выглядит плоской, потому что это лишь крошечная часть всей Вселенной, которая может иметь произвольную кривизну (по аналогии с тем как поверхность Земли нам кажется плоской, когда мы изучаем лишь крошечную её часть). Согласно наиболее общепринятой среди космологов теории инфляции, на самых ранних этапах своей эволюции Вселенная расширилась до таких размеров, что наблюдаемая сегодня часть Вселенной представляет лишь крошечный её участок (примерно как поле стадиона представляет собой лишь крошечный участок поверхности Земли). Вселенная, на самом деле, гораздо больше и может представлять собой богатый и разнообразный ландшафт, разные участки которого компактифицированы по-разному и, следовательно, содержат разные законы физики, наборы и параметры элементарных частиц, константы связи и т.д. При желании области пространства с разными законами физики можно назвать вселенными, а тогда всю существующую реальность – мультивселенной.

Причём, существуют 5 разных версий теории струн, которые являются частными решениями более общей М-теории. В её рамках наша Вселенная представляется трёхмерной браной, обёрнутой вокруг дополнительных компактных пространственных измерений (аналогично тому, как, например, лист бумаги можно обернуть вокруг цилиндра). Существует не только огромное число компактификаций дополнительных малых измерений, но и большое число способов оборачивания бран вокруг измерений. К тому же, таких бран может быть несколько. Струны, которые даны нам в опыте как элементарные частицы, своими концами "укреплены" на бране и не могут её покинуть (кроме гравитонов, но и те далеко не улетают, т.к. дополнительные измерения компактны), но колебания струн могут происходить и в дополнительных измерениях. Как было сказано, разные компактификации определяют разные законы физики. Даже заниженные оценки в рамках М-теории дают 10500 возможных вакуумов с разными законами физики.

Среди такого гигантского ландшафта наверняка найдётся область, где фундаментальные параметры допускают возникновение жизни, – и именно в этой области жизнь возникла. Всё это не противоречит тому факту, что в наблюдаемой нами части Вселенной законы физики везде одинаковы. Наблюдаемая часть Вселенной – лишь крошечный её участок, внутри которого изменения просто незаметны. Это аналогично тому как наблюдатель, изучивший небольшой кусочек Земли, может счесть её плоской. А если, например, он находится посреди Сахары, то по всему горизонту он будет видеть лишь пустыню и думать, будто на Земле существует только пустыня, не догадываясь, что есть горы, луга, леса, моря, водопады и т.д. Если кто-то считает, что областей пространства с другими компактификациями и, соответственно, с другими параметрами частиц и взаимодействий не существует, то он должен объяснить, почему он уверен, что реализоваться должна была только одна "избранная" компактификация (так же, как если бы он утверждал, например, что все все горы на некой неизвестной планете обязаны быть одной высоты).

Итак, из теории струн или М-теории следует существование огромного математического пространства всевозможных вариантов компактификации, расположения бран и т.д., т.е. всевозможных вакуумов или законов физики. Но реализуются ли эти возможные вакуумы в реальном физическом мире? Наиболее общепринятая теория вечной (хаотической) инфляции, основанная лишь на общепризнанных физических теориях – общей теории относительности (ОТО) и квантовой механике – даёт утвердительный ответ на этот вопрос. В раздувающемся пространстве Вселенной постоянно происходят квантовые флуктуации вакуума, которые создают энергию вакуума. Поэтому каждый вакуум обладает своей энергией, в результате чего на вышеописанном математическом пространстве задан гигантский "ландшафт" энергии вакуума, с "горами", "долинами" и т.д. А каждую область пространства Вселенной можно уподобить шарику, который катится по этому ландшафту и, как любая физическая система, стремится скатиться в локальный минимум. Из уравнений ОТО следует, что под действием энергии вакуума пространство должно экспоненциально расширяться (модель де Ситтера). Однако в результате тех же квантовых флуктуаций и туннельного эффекта время от времени в разных точках пространства возникают небольшие "пузырьки" с другими свойствами вакуума (в том числе, с более низкой энергией). Другими словами, даже если наш воображаемый шарик скатился в локальный минимум энергии вакуума, он может туннелироваться в соседнюю область и скатиться в ещё более низкий минимум. Если размер "пузырька" превышает некоторый критический размер, он тоже вступает в фазу деситтеровского экспоненциального расширения. И этот процесс повторяется раз за разом. При флуктуации вакуума дополнительные измерения могут компактифицироваться по-другому. Причём, когда в результате случайных, хаотических квантовых флуктуаций вакуума разные области пространства "скатываются" к вакуумам с более низкой энергией, с большой вероятностью это будут разные вакуумы (с разными компактификациями, расположением бран и другими параметрами). Таким образом, возникает множество расширяющихся областей мультивселенной с разными законами физики.

Причём, поскольку в пузырях энергия вакуума ниже, чем в окружающем пространстве, то и расширяются они медленнее, чем вакуум между пузырями. Поэтому пузыри не сливаются, а остаются отдельными "вселенными". Внутри одного пузыря может возникнуть другой пузырь, с другими свойствами вакуума, который тоже начнёт расширяться, но никогда не поглотит весь пузырь, в котором он возник. (Что интересно: одно из свойств неевклидовой геометрии состоит в том, что для внешнего наблюдателя такой пузырь может быть конечным, а внутреннему наблюдателю он может казаться бесконечным.) Таким образом, теория инфляции приводит к существованию огромного ландшафта, разные области которого обладают разными свойствами вакуума и, следовательно, разными законами физики и различными фундаментальными параметрами.

Неантропные объяснения[править]

Более общая теория[править]

Тот факт, что на данный момент обсуждаемые параметры Вселенной не определяются имеющимися теориями, вовсе не означает, что они на самом деле являются произвольными. Это может быть всего лишь недостатком нынешнего состояния науки. Возможно, существуют какие-то более глубокие физические принципы (ещё не открытые), которые определяют значения "свободных" параметров физических теорий (фундаментальных констант, параметров элементарных частиц и т.д.) и прочих параметров Вселенной. Возможно даже, что когда эти принципы будут открыты, они покажут, что эти параметры Вселенной просто не могут быть другими. (Например, аналогично тому как число "пи" имеет значение 3,1415926..., потому что оно в принципе не может быть другим, а не потому что оно специально настроено кем-то, "чтобы круги были круглыми".) Некоторые учёные надеются, что единая теория всего выявит эти принципы и объяснит, почему законы физики и все константы имеют именно такой вид, какой мы наблюдаем в нашей Вселенной. И если эти более глубокие принципы не будут ссылаться на возможность существования жизни (а именно это и ожидается от теории всего), то такое объяснение будет неантропным.

Иногда апологеты утверждают, что даже если параметры Вселенной найдут своё объяснение через какие-то более глубокие принципы, то это не отменит проблему тонкой настройки, а только сдвинет её на один шаг и поставит новый вопрос: а почему сами эти принципы тонко настроены на возможность существования разумной жизни? Однако это неверно. Подобная тактика является всего-лишь отражением желания любой ценой сохранить аргумент о тонкой настройке. Подчеркнём, что изначально проблема тонкой настройки возникла именно из-за того, что различные фундаментальные физические константы никак не определялись имеющимися на тот момент физическими теориями и выглядели так, как будто их значения в принципе могут быть совершенно любыми, т.е. они выглядели произвольными. Но при этом они именно таковы, чтобы могла существовать жизнь. Отсюда и возникла мысль, будто из кто-то специально настроил для существования жизни. Если же окажется, что они не произвольны и жёстко определяются более глубокими принципами, то это именно отменит проблему тонкой настройки. Вопрос о том, чем определяются сами эти принципы, возникать не будет, потому что они будут определяться самими собой. (Иначе, если продолжать логику апологетов, то можно заявить, что и гипотеза разумного замысла не отвечает на проблему тонкой настройки, а только отодвигает её на шаг, ставя новый вопрос: а почему этот разумный создатель Вселенной тонко настроен на создание именно Вселенной, пригодной для существования жизни? Чем настроено его желание или намерение сделать это?)

Космологический естественный отбор[править]

Ещё один вариант объяснения "тонкой настройки" – гипотеза космологического естественного отбора (КЕО), предложенная физиком-теоретиком Ли Смолиным и сильно напоминающая дарвиновскую теорию эволюции. В сущности, гипотеза основана на изменении законов физики со временем, но при переходе от одной вселенной к другой. В рамках этой гипотезы предполагается, что всякий раз, когда в какой-то вселенной возникает гравитационная сингулярность, т.е. чёрная дыра, она становится космологической сингулярностью для новой вселенной, т.е. из неё в результате Большого Взрыва рождается новая вселенная (но в своём собственном пространстве-времени, а не в пространстве-времени исходной вселенной). При рождении новой вселенной ей передаются по наследству законы физики и параметры вселенной-предка, но при этом они слегка "мутируют", т.е. претерпевают небольшие случайные отклонения от исходных. Те вселенные, чьи законы физики не позволяют образоваться устойчивым системам (атомам, звёздам, вращающимся вокруг них планетам и т.д.), вследствие этого не формируют чёрные дыры, а значит, не оставляют "потомства". И наоборот, те вселенные, чьи законы физики позволяют образоваться, например, звёздам, вырабатывающим углерод, производят много чёрных дыр, а значит, и вселенных-потомков, которым передают по наследству свои законы физики. Таким образом идёт космологический естественный отбор вселенных по способности формировать макроскопические тела, звезды, углерод, а значит и жизнь – и эволюция вселенных движется именно в этом направлении. Поэтому большинство вселенных в "популяции" будут пригодны для существования жизни (в отличие от ранее описанной гипотезы мультивселенной, где такие вселенные были уникальным меньшинством).

Например, чтобы могли образоваться чёрные дыры, должны образоваться устойчивые звёзды. Для этого пространство должно иметь три макроскопических (не компактных) измерения, Вселенная должна просуществовать достаточно долго. А чтобы этих чёрных дыр произвелось как можно больше, Вселенная должна быть ещё и достаточно большой. Если бы звёзды не могли производить углерод, то они не могли бы превращаться в чёрные дыры, а значит, в ходе КЕО законы физики должны настроиться и на производство углерода. И так далее. Другими словами, так получается, что те свойства Вселенной, которые нужны для образования как можно большего числа чёрных дыр, подходят и для развития жизни. Таким образом, свойства Вселенной в ходе КЕО настроились для формирования чёрных дыр, а жизнь возникла как "побочный эффект" этого процесса. Поэтому данное объяснение тонкой настройки является неантропным.

Как указывает Смолин в книге "Возвращение времени", его теория является фальсифицируемой. Многие наблюдения уже могли её опровергнуть, но этого не произошло. В дополнение к этому можно заметить, что, если бы обнаружились какие-то свойства Вселенной, которые "тонко настроены" для образования как можно большего числа чёрных дыр, но безразличны для существования жизни, то это подтвердило бы эту теорию. (Причём, важно именно чтобы чёрные дыры образовывались в как можно большем количестве, а не как можно раньше.) И наоборот, если бы обнаружились параметры, "тонко настроенные" для существования жизни, но безразличные для формирования чёрных дыр, это опровергло бы теорию. Леонард Сасскинд в книге "Космический ландшафт" спорит со Смолиным и утверждает, что наша Вселенная не выглядит настроенной для образования чёрных дыр, так как в этом случае первичным неоднородностям вещества следовало бы быть гораздо плотнее, чтобы всё вещество Вселенной на самых ранних этапах её эволюции превратилось в чёрные дыры – и тогда не было бы ни звёзд, ни планет, ни жизни. Однако, не исключено, что в этом случае Вселенная произвела бы гораздо меньше чёрных дыр, но крайне массивных. Поэтому ей было выгодно эволюционировать подольше, образовать как можно больше звёзд и, следовательно, как можно больше чёрных дыр (а не как можно раньше).

Преувеличения тонкой настройки[править]

К тому же "тонкую настройку" Вселенной часто преувеличивают, и она оказывается не такой уж "тонкой", как её пытаются представить. Во-первых, некоторые параметры допускают довольно широкий диапазон изменений. Во-вторых, хотя при изменении некоторых параметров Вселенной жизнь не сможет существовать, некоторые параметры допускают синхронные изменения. Проведём аналогию с параметрами планетной системы: чтобы на планете могла существовать жидкая вода, необходимая для жизни, она должна располагаться в определённом диапазоне расстояний от звезды: не слишком далеко и не слишком близко. Однако этот диапазон может варьироваться вместе со светимостью звезды. Планета может находиться близко к относительно холодному и тусклому карлику или далеко от горячего и яркого гиганта. Аналогично, можно синхронно менять и параметры Вселенной. Например, если бы космологическая постоянная была больше, то Вселенная на ранних этапах эволюции расширялась бы слишком быстро и из первичных малых неоднородностей вещества не смогли бы образоваться галактики и звёзды. А если бы эти первичные неоднородности были в 100 раз плотнее, то всё вещество очень быстро превратилось бы в чёрные дыры. Однако можно было бы совместно увеличить космологическую постоянную и эти первичные возмущения плотности – и возникновение жизни по-прежнему было бы возможным.

Возможность существования иных форм жизни[править]

Данный аргумент основывается на невозможности существования при других значениях параметров только разумной жизни в известной нам форме. Не исключено, что при другом облике Вселенной могла бы существовать разумная жизнь в иных формах.

Более того, религиозные апологеты, опирающиеся на этот аргумент, сами же утверждают о существовании разумной жизни в иной форме – как минимум того самого разумного создателя, который якобы живёт вне нашей Вселенной и, следовательно, не нуждается в тонкой настройке для своего существования. Также религиозные апологеты верят в существование бессмертной души, которая также является разумной жизнью, способной существовать без тонкой настройки параметров материальной Вселенной. Таким образом, очевидно, что по заявлениям самих же апологетов, существование разумной жизни вовсе не нуждается в тонкой настройке. Утверждение обратного является как раз аргументом против существования разумного создателя Вселенной: если любая разумная жизнь нуждается в тонкой настройке, то никакой разумный создатель не мог создать эту тонкую настройку, потому что он сам нуждается в её существовании и, следовательно, не мог существовать до того, как она возникла.

Логические ошибки[править]

  • Подавленное доказательство (игнорирование альтернативных объяснений)
  • Предвосхищение ответа или порочный круг (желаемая интерпретация – через разумный замысел – изначально принимается за истину и на этой основе отклоняются альтернативные объяснения)
  • Бог белых пятен (если наука ещё не знает, почему параметры Вселенной приняли такие значения, значит, это сделал бог)
  • Порочный круг (другое проявление) – объяснение возникновения условий для возможности существования разумной жизни через действия некоего разумного создателя, который, очевидно, сам является разумной жизнью и поэтому сам нуждается в существовании этих условий и, следовательно, не мог их создать.
  • Взаимоисключающие параграфы (утверждается, что существование разумной жизни требует тонкой настройки; и в то же время утверждается, что эта тонкая настройка создана неким разумным создателем, который каким-то образом может существовать вне этой тонкой настройки)

Дополнительные ошибки[править]

Иногда у сторонников объяснения через разумный замысел встречаются дополнительные логические ошибки, которые возникают не при выдвижении самого этого аргумента, а при возражениях на предложенные альтернативные объяснения (поэтому они и отнесены к категории "дополнительных").

«...Те, кто отрицают разумный замысел, обычно предполагают наличие множества вселенных. Но само это предположение находится за пределами науки и является предметом веры. Его невозможно подтвердить или опровергнуть научным методом, потому что мы в принципе не можем получить какие бы то ни было эмпирические данные из этих предполагаемых других вселенных. Однако в пользу веры в Создателя мы можем привести дополнительные доводы – которых у нас нет в случае веры в множественность вселенных.»
  • Во-первых, здесь имеется подмена понятия "гипотеза" понятием "вера". В то время как первое означает лишь допущение возможности, последнее означает твёрдую убеждённость в чём-либо. Объяснение через мультивселенную является лишь гипотезой, но не верой, т.к. выдвижение этого объяснения не означает твёрдую убеждённость в том, что мультивселенная действительно существует.
  • Во-вторых, здесь осуществляется подмена невозможности прямым образом наблюдать другие вселенные невозможностью вообще никак проверить гипотезу мультивселенной. На самом деле, невозможность прямым образом получить "эмпирические данные из этих предполагаемых других вселенных" не означает невозможность вообще никак проверить эту гипотезу эмпирически. Данное утверждение равносильно утверждению, что квантовую механику невозможно проверить, потому что волновую функцию невозможно наблюдать, или что общую теорию относительности невозможно проверить, потому что мы не можем прямым образом наблюдать искривлённое пространство-время (а можем наблюдать только его следствия – влияние на движение лучей света и т.д.). Проверки гипотез могут основываться на косвенных наблюдаемых проявлениях. В частности, механизмы, порождающие мультивселенную, могут иметь какие-то наблюдаемые проявления в нашей Вселенной и, таким образом, наблюдение этих проявлений может служить тестом истинности или ложности этих теорий, даже если мы не можем прямым образом наблюдать сами иные вселенные. Несколько таких возможных наблюдательных тестов приведены в книге Л. Сасскинда "Космический ландшафт".
  • В-третьих, теория мультивселенной может быть доказана теоретически. Напомним, что по сути, она основана на теории хаотической инфляции, которая в свою очередь основана только на хорошо проверенных и общепринятых физических теориях – общей теории относительности и квантовой механике. Из этих двух теорий с неизбежностью следует, что должно возникнуть огромное количество областей мультивселенной с разными свойствами вакуума. А поскольку законы физики, значения фундаментальных констант, параметры частиц и проч. зависят от свойств вакуума, то в этих областях эти значения будут разными – т.е. мы, по всей видимости, с неизбежностью получим богатый ландшафт "вселенных" с разными свойствами вакуума и, следовательно, законами физики. При этом теория струн, вероятно, здесь даже не является обязательной. Впрочем, эмпирическая проверка теории струн, хоть и имеет ряд трудностей практического характера, также не нуждается в непосредственном наблюдении иных вселенных. А если теория струн будет подтверждена эмпирически в нашей вселенной, то её совмещение с теорией хаотической инфляции неизбежно приведёт к картине, описанной в разделе "Мультивселенная". Таким образом, эмпирически будут подтверждены основания теории мультивселенной. а сама мультивселенная будет представлять собой неизбежный теоретический вывод из них. (Причём, важно помнить, что точно таким же теоретическим выводом является и сама тонкая настройка как представление о том, что при иных значениях параметров Вселенной разумная жизнь не могла бы существовать – об этом чуть подробнее будет сказано ниже.)
  • Двойные стандарты:
    • Сторонники гипотезы разумного замысла обвиняют гипотезу мультивселенной в "ненаучности" из-за невозможности наблюдать другие вселенные, в то время как сама гипотеза разумного замысла также является ненаучной.
    • Часто сторонники религии утверждают, что гипотеза мультивселенной просто придумана, "высосана из пальца", чтобы обойти аргумент тонкой настройки как свидетельство в ползу наличия у Вселенной разумного замысла. Двойные стандарты (а также порочный круг) здесь заключаются в том, что различные объяснения изначально ставятся в неравноправное положение, к ним применяются неравные стандарты: объяснение через разумный замысел заведомо ставится в какое-то привилегированное положение, якобы истинное по умолчанию, а все альтернативные объяснения – в приниженное. Хотя, на самом деле, для этого нет никаких оснований. Все объяснения являются изначально равноправными. Поэтому с тем же успехом, можно было бы заявить и обратное: что сторонники гипотезы разумного замысла цепляются за неё, чтобы таким образом обойти, например, объяснение через мультивселенную. А при более детальном рассмотрении различных объяснений, как было показано выше, гипотеза разумного замысла оказывается даже в наиболее невыгодном положении, поскольку имеется ряд свидетельств против неё, – и поэтому имеет смысл отдать ей самый низкий приоритет из всех. К тому же, как было указано, она противоречит всем имеющимся научным знаниям о работе психики и, в частности, разума. В то же время теория мультивселенной, напротив, вытекает из хорошо проверенных физических теорий и ничему не противоречит.
    • Разновидностью этой ошибки является также заявление сторонников разумного замысла, что существование мультивселенной нужно сначала доказать, а уж потом использовать его для объяснения тонкой настройки. Двойные стандарты здесь заключаются в том, что аналогичные требования не предъявляются ими к гипотезе разумного замысла. Ведь с тем же успехом можно заявить о необходимости сначала доказать существование разумного создателя, а уж потом использовать его для объяснения тонкой настройки. Если же апологеты полагают, будто тонкая настройка сама по себе является свидетельством в пользу существования разумного создателя, то с тем же успехом можно объявить тонкую настройку самим по себе свидетельством в пользу существования мультивселенной или космологического естественного отбора.
    • Сторонники разумного замысла ставят гипотезу мультивселенной в приниженное положение на том основании, что невозможно наблюдать другие вселенные, а значит, прямым образом эмпирически подтвердить эту гипотезу. Но они забывают о том, что сама по себе тонкая настройка как мнение о том, что при иных значениях параметров Вселенной разумная жизнь не могла бы существовать, тоже прямым образом эмпирически не доказано. Ведь никто экспериментально не создавал другие вселенные с другими законами физики и не проверял экспериментально, что существование или возникновение разумной жизни в них невозможно. Как было сказано в самом начале статьи, тонкая настройка – это лишь теоретический вывод из известных физических теорий. Но точно таким же теоретическим выводом является и теория мультивселенной.
    • Аналогичное имеет место и при контраргументе об иных формах жизни. Сторонники РЗ утверждают, что апелляция к иным формам жизни – ненаучна. Однако сами апеллируют к иным формам разумной жизни в виде того самого "разумного создателя" (а также загробной жизни человека).

Связанные аргументы[править]

Утверждения креационистов[править]

Литература[править]

  • Виленкин А. Мир множества миров: Физики в поисках иных вселенных. – М. АСТ, 2018.
  • Вайнберг С. Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы. – М.: Издательство ЛКИ, 2008.
  • Девис П. Случайная Вселенная. М.: Мир, 1985.
  • Новиков И. Д. Как взорвалась Вселенная. – М.: Наука, 1988.
  • Сасскинд Л. Космический ландшафт: Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной. – СПб.: Питер, 2015.
  • Смолин Л. Возвращение времени: От античной космогонии к космологии будущего. М.: АСТ: Corpus, 2014.
  • Стенджер В. Бог и мультивселенная: Расширенное понятие космоса. СПб. Питер, 2016.
  • Хокинг С., Млодинов Л. Высший замысел. – СПб.: Амфора, 2012.

Примечания[править]

Комментарии[править]

  1. Чтобы данная реакция могла происходить, энергия данного возбуждённого состояния ядра атома углерода-12 должна быть близка к сумме энергий ядра берилия-8 и ядра гелия. Однако в хорошем приближении соответствующие состояния ядер углерода и бериллия являются просто слабо связанными ядерными молекулами, состоящими из трёх или двух ядер гелия соответственно. Это означает, что энергия данного состояния ядра углерода-12 в любом случае будет составлять сумму энергий ядер беррилия-8 и гелия-4, независимо от самих значений этих энергий. (См. Вайнберг, 2008; Примечание №196 на стр. 238-239.) Другими словами, даже если при изменении фундаментальных параметров энергия данного состояния ядра углерода будет изменяться, энергия других ядер будет также меняться так, что указанное соотношение будет сохраняться. Поэтому никакой тонкой настройки не требуется.

Источники[править]

  1. Новиков, 1988; стр. 142-143.
  2. Новиков, 1988; стр. 143.
  3. Новиков, 1988; стр. 144.
  4. Сасскинд, 2015; стр. 216-217.
  5. Вайнберг, 2008; стр. 171-172. Однако см. также Примечание №196 на стр. 238-239.
  6. Сасскинд, 2015; стр. 218.