Текст книги "Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной"

Леонард Сасскинд
Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной

Художники Л. Егорова, В. Шимкевич

© Little, Brown and Company

© Перевод на русский язык, издание на русском языке. ООО Издательство «Питер», 2015

Предисловие

Мне всегда доставляло удовольствие объяснять физические проблемы. На самом деле это больше, чем просто удовольствие, для меня это потребность – объяснять физические проблемы. Я очень много времени трачу на, казалось бы, странное занятие, на маниловщину – на объяснение некоей воображаемой восхищённой аудитории сложных научных идей. Возможно, я выгляжу при этом глупо, но для меня это стало привычкой, и даже больше, чем просто привычкой: это стало неотъемлемой частью моей умственной деятельности, неким ментальным инструментом организации моих идей и даже – средством создания новых способов размышления над проблемами. Поэтому вполне естественно, что в определённый момент я решил попробовать написать популярную книгу. Более того, пару лет назад я уже начал писать книгу – про двадцатилетнюю дискуссию между мной и Стивеном Хокингом о судьбе информации, упавшей в чёрную дыру…

Но почти в то же самое время я обнаружил, что нахожусь в центре гигантского научного тайфуна. Бушующие в нём споры касались не только происхождения Вселенной, но и законов, управляющих ею. Свою статью «Антропный ландшафт теории струн» (The Anthropic Landscape of String Theory) я посвятил новой формирующейся концепции, которую назвал «Ландшафт». Статья наделала много шума в сообществе физиков и космологов, которое в настоящее время включает не только учёных, но и философов и даже богословов. Концепция ландшафта – это идея, ломающая установленные рамки и не только затрагивающая смену парадигмы в физике и космологии, но и ставящая глубокие культурные вопросы ландшафта нашей социальной и политической жизни, такие как: «Может ли наука объяснить тот экстраординарный факт, что Вселенная, кажущаяся настолько странно и неэффективно устроенной, в то же время настолько хорошо приспособлена для нашего существования в ней?» Поэтому я решил переставить кастрюлю с чёрной дырой на дальнюю конфорку и заняться популярной книгой об этой удивительной истории. Так родился «Космический ландшафт».

Читатели этой книги, возможно, обратили внимание, что последние несколько лет научные колонки СМИ пестрят сообщениями о том, что космологи озадачены двумя удивительными «тёмными» открытиями. Первое открытие заключается в том, что 90 % вещества во Вселенной состоит из некоей таинственной скрытой субстанции, называемой тёмной материей. Второе открытие утверждает, что 70 % энергии во Вселенной – это некая призрачная и таинственная вещь, называемая тёмной энергией. Эпитеты «тайна», «таинственный» и «удивительный» повторяются в этих статьях с завидной регулярностью.

Должен признаться, что не считаю достойным исследования всё, что выглядит таинственно. Для меня слово «тайна» относится к тем вещам, которые не поддаются рациональному объяснению. Открытие тёмной материи и тёмной энергии стало сюрпризом, но никак не откровением. Физики, занимающиеся элементарными частицами (и я один из них), всегда понимали, что их теории неполны и что многие частицы до сих пор остаются неоткрытыми. Традиция постулировать существование новых труднообнаружимых частиц началась с Вольфганга Паули, который правильно угадал, что одна из форм радиоактивности связана с почти неуловимой частицей, называемой нейтрино. Тёмная материя, правда, не состоит из нейтрино, но в последнее время физики напостулировали множество частиц, достойных претендовать на роль тёмной материи. В этом нет никакой тайны – только трудности выявления и обнаружения подобных частиц.

Тёмная энергия имеет больше оснований претендовать на загадочность, но основной вопрос заключается не в том, что делать с её присутствием, а в том, как объяснить её отсутствие. Физики уже больше 75 лет уверены, что существуют все основания считать пространство наполненным тёмной энергией. Таинственность здесь заключается не в самом существовании тёмной энергии, а в том, почему её так мало. Ясно лишь одно: будь тёмной энергии хотя бы немножко больше, это самым фатальным образом сказалось бы на нашем собственном существовании.

Настоящая же загадка, поднятая современной космологией, касается замалчивания присутствия «слона в комнате». Я могу добавить, что этот «слон» является полным конфузом для физиков: с какой стати вдруг Вселенная представляется нам будто бы нарочно спроектированной так, чтобы в ней могли существовать формы жизни типа нас с вами?

Этот вопрос озадачил учёных и в то же время воодушевил сторонников ложного комфорта креационистского мифа. Ситуация во многом напоминала положение в додарвиновской биологии, когда мыслители не могли понять, как без направляющей естественные физические и химические процессы божественной руки возможно возникновение чего-либо столь сложного, как человеческий глаз. Как и глаз, отдельные физические параметры Вселенной так удивительно тонко настроены и согласованы, что этот факт требует объяснений.

Позвольте мне выйти перед строем и прямо заявить о моих собственных предубеждениях. Я категорически настаиваю, что настоящая наука требует объяснений, не апеллирующих к сверхъестественным сущностям. Я считаю, что развитие глаза определяется дарвиновскими механизмами. Кроме того, я уверен, что физики и космологи также должны найти естественное объяснение свойств нашего мира, в том числе удивительно счастливого несчастного случая, благодаря которому стало возможным наше собственное существование. Я уверен, что когда люди подставляют магию в рациональные объяснения, они не делают науки, независимо от того, насколько громко они заявляют обратное.

В прошлом большинство физиков (включая меня) предпочитали игнорировать «слона» – даже ради того, чтобы отрицать его существование. Удобнее было считать, что законы природы следуют из нескольких элегантных математических принципов и что наблюдаемое устройство Вселенной является следствием счастливого стечения обстоятельств. Но последние открытия в области астрономии, космологии, и прежде всего теории струн – не оставили физикам-теоретикам иного выбора, кроме как серьёзно задуматься о таких вещах. Удивительно, но мы наконец-то начинаем понимать причины этого калейдоскопа совпадений. Факты, собранные для объяснения «иллюзии разумного замысла», свидетельствуют о зависимости устройства Вселенной только от физических и математических принципов и закона больших чисел. Вот, собственно, о чём мой «Космический ландшафт»: это научное объяснение наблюдаемых физических и космологических чудес и анализ философских последствий такого объяснения.

Кто же является целевой аудиторией этой книги? Ответ: все, у кого есть живой интерес к науке и желание проникнуть в тайну возникновения и устройства этого мира. Но хотя книга и адресована неспециалистам, она не для тех, кто ищет в науке «царских путей» и не привык напрягать свои мозги. Я постарался освободить книгу от уравнений и научного жаргона, но не от сложных концепций. Я избегал математических формул, но, с другой стороны, стремился дать точные и ясные объяснения принципов и механизмов, лежащих в основе новой формирующейся парадигмы. Понимание этой новой парадигмы будет иметь решающее значение для каждого, кто следит за дальнейшим поиском ответов на «большие вопросы».

Я благодарен многим людям, которые не всегда догадывались, что помогали мне писать эту книгу. Большинство из них – физики и космологи, чьи идеи я позаимствовал: Стивен Вайнберг, Герард ‘т Хоофт, Мартин Рис, Джозеф Полчински, Рафаэль Буссо, Алан Гут, Александр Виленкин, Шамит Качру, Рената Каллош, но прежде всего Андрей Линде, который щедро делился со мной своими идеями на протяжении многих лет.

Эта книга никогда не была бы написана без поддержки моего агента Джона Брокмана и моего друга Малкольма Гриффита, читавшего и критиковавшего первые беспорядочные черновики. Он научил меня «жонглировать более чем тремя мячами» (этой идиомой Малкольм характеризовал те сложности, которые возникают при написании последовательной книги). Я в долгу перед моим редактором, а теперь и другом Лиз Нейгл из Little Brown и признателен за её выдающийся вклад в написание книги. Её заботливое руководство было бесценным.

И наконец, сверх всякой меры я благодарен моей жене Анне за её любовь, постоянную поддержку и помощь.

Введение

Воздух очень холодный, и ничто, кроме моего собственного дыхания, не нарушает абсолютной тишины. Сухой рассыпчатый снег хрустит под подошвами ботинок. Его идеальная белизна под светом звёзд придаёт окружающей местности зловещий блеск, в то время как звезды растворяются в непрерывном свечении, пересекающем чёрный свод небес. Ночь на этой пустынной планете ярче, чем в моём родном мире. Это холодная и безжизненная красота идеального места для метафизического созерцания – если бы такое место когда-либо существовало.

Я оставил домашний уют базы, чтобы в одиночестве подумать о событиях дня, высматривая в небе падающие звёзды. Но было невозможно думать о чём-либо другом, кроме чудовищной и безликой природы Вселенной. Фейерверк галактик, бесконечно расширяющаяся Вселенная, леденящая холодность пространства, тепло рождающихся звёзд и их предсмертная агония на стадии красных гигантов: безусловно, это должно иметь экзистенциальный смысл. Кажется, что отдельный человек и жизнь в целом не имеют отношения к работе Вселенной: маленькое пятнышко воды, капля аминокислот и щепотка углерода на булавочной головке планеты, вращающейся вокруг звезды без какой-либо цели.

Чуть раньше, во время коротких часов скупого солнечного света, Курт, Кип и я прогулялись к российскому комплексу посмотреть, сможем ли мы найти кого-нибудь из «иванов», чтобы поговорить. Стивен хотел пойти с нами, но его инвалидная коляска не приспособлена для передвижения по сугробам. Покинутый комплекс – несколько низких ржавых построек из гофрированного металла – выглядел опустевшим. Мы постучали, но никаких признаков жизни не проявилось. Я с треском распахнул дверь и заглянул в пугающую темноту помещения, а затем, набравшись храбрости, шагнул вперёд и осмотрелся. Внутри полностью заброшенного комплекса было так же холодно, как и снаружи. Сотня или около того жилых комнат открыты и пусты. Как могла вот так запросто исчезнуть в никуда сотня мужчин? В молчании мы побрели обратно к нашей базе.

В баре, выпивающего и смеющегося, мы нашли нашего русского – Виктора. Он, кажется, был одним из трёх последних русских, оставшихся на планете. Поставки из России прекратились более года назад. Они бы умерли от голода, но, к счастью, наши люди приютили их. Мы никогда не видели двух других россиян, но Виктор заверил нас, что они живы.

Виктор настоял на покупке мне выпивки «для согрева» и спросил: «Как вам нравится это %#&*^ место?» Я ответил, что во время моих путешествий только однажды видел ночное небо столь же прекрасное, как здесь. По иронии судьбы другая посещённая мной чужая планета была настолько горячей, что скалы, казалось, способны были поджарить всё, что коснётся их поверхности.

Конечно же, в реальности мы не были на другой планете. Это только казалось, что мы не на Земле. Но Антарктика действительно чужая. Стивен Хокинг, Курт Каллан, Кип Торн, Стэн Десер, Клаудио Тейтельбойм, наши жены и ещё несколько физиков были там в развлекательной поездке – она прилагалась в качестве бонуса за путешествие в Чили для участия в конференции по чёрным дырам. Клаудио, известный чилийский физик, организовал для нас перелёт на пару дней на антарктическую базу на одном из гигантских грузовых самолётов чилийских ВВС «Геркулес».

Был август 1997 года, в Южном полушарии стояла зима, и мы ожидали худшего. Самый лютый мороз, который я когда-либо переживал, – это 20 градусов[1]1
  Сасскинд приводит температуру по шкале Фаренгейта: –20 °F = –29 °C. – Примеч. пер.


[Закрыть] ниже нуля, и температура минус 60 градусов,[2]2
  – 60 °F = –51 °C. – Примеч. пер.


[Закрыть] которая вполне могла ожидаться на базе в середине зимы, настораживала меня. Когда самолёт приземлился, мы с тревогой застёгивали на себе тяжёлое арктическое снаряжение, предоставленное военными и рассчитанное на страшный мороз.

Затем багажный отсек открылся, и жена Курта Шанталь, выглянув из самолёта, взмахнула руками и радостно прокричала нам: «Здесь не холоднее, чем в зимний день в Нью-Джерси![3]3
  Курт Каллан – профессор из Принстона.


[Закрыть]». Так оно и было. И температура оставалась такой весь день, пока мы резвились на снегу.

Но где-то в середине ночи морозное чудовище проснулось. Наутро Антарктида дала полную волю своей ярости. Я всего на пару минут выглянул на улицу, чтобы в полной мере ощутить то, что пережили Шеклтон и его люди после кораблекрушения. Как все они не погибли? Ни один член экспедиции не был потерян. Более года на леденящем морозе и пронизывающем ветру – почему все они не умерли от пневмонии? Теперь, в центре этой ревущей бури, я знал ответ: ничто не выживает здесь – даже микробы, вызывающие воспаление лёгких.

Другой чужой планетой, которую я упомянул в разговоре с Виктором, была Долина смерти – ещё одно место, лишённое жизни. Нет, не совсем лишённое. И я ещё тогда подумал, сколь горячим должен быть воздух, чтобы уж наверняка изжарить всю протоплазму. Общим для Антарктиды и Долины смерти фактором является крайняя сухость воздуха. Здесь слишком холодно, чтобы воздух мог содержать водяной пар. Низкая влажность, а также полное отсутствие светового загрязнения делают возможным увидеть свет звёзд таким, каким его редко видит современный человек. Стоя под антарктическим звёздным небом, я вдруг понял, как нам повезло, что мы – люди. Жизнь хрупка: она процветает только в узком диапазоне температур от точки замерзания до точки кипения. Нам повезло, что наша планета находится на таком «правильном» расстоянии от Солнца: немного дальше – и повсюду будет холод вечной антарктической зимы, а то и ещё хуже, чуть ближе – и поверхность будет и в самом деле поджаривать всё, что её коснётся. Виктор, будучи русским, подошёл к вопросу с духовной стороны: «Почему бы не допустить, – спросил он, – что наше существование есть проявление бесконечной любви и доброты Бога?» Моё собственное «бессмысленное» объяснение станет вам понятным в своё время.

На самом деле у нас гораздо больше поводов поблагодарить случай, и не только за комфортную температуру. Без нужного количества углерода, кислорода, азота и других элементов от нашего климата не было бы никакого проку. Если Солнце в центре Солнечной системы заменить на более общий случай двойной звезды,[4]4
  Двойная звезда представляет собой гравитационно-связанную систему из двух звёзд, обращающихся вокруг общего центра масс.


[Закрыть] орбиты планет окажутся слишком хаотичными и нестабильными для существования жизни. Это всего лишь один из примеров опасностей подобного рода. Но на вершине всего – сами законы природы. Стоит внести небольшие изменения в законы Ньютона или в правила атомной физики и – пшик – жизнь либо мгновенно прекратится, либо никогда не возникнет. Кажется, что наш ангел-хранитель не только предоставил нам для жизни очень доброкачественную планету, но и придумал правила существования – законы физики и космологии – прямо-таки для нас. Это одна из величайших загадок природы. Это удача? Это чей-то разумный и благожелательный замысел? И в чьей юрисдикции находится этот вопрос: науки, метафизики или религии?

Эта книга – о споре, в котором столкнулись страсти физиков и космологов, являющемся в свою очередь частью более обширной дискуссии, особенно в Соединённых Штатах, где эти споры приняли характер партизанской войны на политическом театре. По одну сторону баррикад расположились те, кто убеждён, что мир создан или разработан неким разумным агентом в благотворительных целях. По другую сторону ощетинился лезвиями Оккама трезвый научный подход, утверждающий, что Вселенная является результатом действия безликих и бескорыстных законов физики, математики и теории вероятностей – мир, так сказать, без цели. Я не отношу к первой группе библейских буквалистов, считающих, что мир создан шесть тысяч лет назад, и готовых стоять насмерть за эту идею. Я говорю о вдумчивых интеллектуалах, которые смотрят на мир и не могут поверить, будто в том, что мир настолько хорошо приспособлен для людей, повинна лишь слепая удача. Я не обвиняю этих людей в глупости. Они имеют все основания так считать.

Защитники разумного замысла обычно приводят в качестве аргумента невозможность возникновения столь сложного органа, как зрительная система человека, в результате чисто случайных процессов. Это же невероятно! Но биологи, вооружённые очень мощным инструментом – принципом естественного отбора, чья объясняющая мощь велика, считают, что их доказательства решительно перетягивают чашу весов в пользу Дарвина. Чудо глаза – это всего лишь видимость чуда.

На мой взгляд, энтузиасты замысла обретают более твёрдую почву под ногами, когда речь заходит о физике и космологии. Биология является лишь частью истории творения. Законы физики и происхождение Вселенной – другая часть, и здесь опять появляются в изобилии невероятные чудеса. Кажется невероятным, чтобы набор каких-либо правил случайно привёл к чуду разумной жизни. Тем не менее именно в этом уверены большинство физиков: разумная жизнь является счастливым следствием физических принципов, не имеющих ничего общего с нашим собственным существованием. Здесь я разделяю скептицизм толпы сторонников разумного замысла: я считаю, что удача требует объяснения. Но объяснение, которое вытекает из современной физики, отличается от разумного замысла так же, как «Бульдог Дарвина» от «Мыльного Сэма» Уилберфорса.[5]5
  Сэмюэль Уилберфорс – англиканский епископ, прозванный Мыльным Сэмом за скользкость в церковных дебатах. Томас Хаксли – английский зоолог, популяризатор науки и защитник эволюционной теории Чарльза Дарвина, прозванный за свои яркие полемические выступления «Бульдогом Дарвина». Мыльный Сэм саркастически спросил Хаксли, кто из его предков, бабушка или дедушка, был мартышкой? Хаксли ответил: «Я бы скорее согласился быть потомком обезьяны, чем продажного болтуна».


[Закрыть]

Дебаты, которым посвящена моя книга, это не ожесточённое политическое противостояние между наукой и креационизмом. В отличие от спора между «Бульдогом Дарвина» Томасом Хаксли и епископом Уилберфорсом, рассматриваемая дискуссия идёт не между религией и наукой, а между двумя враждующими группировками учёных – теми, кто считает, что законы природы определяются математическими соотношениями, которые просто случайно сложились так, чтобы позволить возникнуть жизни, и теми, кто считает, что законы физики в некотором роде изначально соответствуют требованиям возникновения разумной жизни. Центром кристаллизации ожесточённых споров стал антропный принцип – гипотетический принцип, который говорит, что мир-де так прекрасно устроен, чтобы мы здесь могли его наблюдать! Со своей стороны хочу заметить, что в такой формулировке не больше смысла, чем в утверждении, что причина возникновения глаза в том, чтобы кто-то смог прочитать эту книгу. На самом деле это лишь усечённый вариант гораздо более богатого набора концепций, о которых я расскажу в следующих главах.

Но полемика среди учёных стала поводом к более широкой общественной дискуссии. Неудивительно, что она вышла за пределы семинарских аудиторий и научных журналов и переросла в политические дебаты о разумном замысле и креационизме. И христианские интернет-сайты ринулись в бой.

Библия говорит:

«Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы, так что они безответны»[6]6
  К римлянам, 1:20. Синодальный перевод. – Примеч. пер.


[Закрыть]. – Его вечная власть и Божественная природа. Поэтому нет им прощения за незнание Бога.

Это неоспоримая истина. В некотором смысле, с открытием антропного принципа это стало ещё более верно, чем когда-либо прежде. Поэтому главное доказательство, которым мы обладаем, – это само сотворение Вселенной, несущее на себе подпись Бога: Вселенная сотворена так, чтобы мы могли в ней жить.

Или с другого религиозного сайта:[7]7
  Я не в курсе религиозных убеждений Дэвиса или Гринстайна, но я бы с осторожностью относился к слишком буквальному толкованию их заявлений. Физики часто используют такие термины, как «замысел», «агент» и даже «Бог» в качестве метафоры для обозначения непознанного. Я использовал термин «агент» в популярной статье и до сих пор сожалею об этом. Эйнштейн часто говорил: «Господь утончён, но не злонамерен», «Бог не играет в кости», «Я хочу знать, как Бог создал мир». Большинство комментаторов считают, что Эйнштейн использовал термин «Бог» в качестве метафоры для упорядоченного набора законов природы.


[Закрыть]

В своей книге «Космический эскизный проект» (The Cosmic Blueprint) профессор астрономии Пол Дэвис подытоживает решающее доказательство замысла:

«Профессор сэр Фред Хойл, отнюдь не симпатизирующий христианству, говорит, что всё выглядит так, будто суперинтеллект забавляется с физикой, а также с химией и биологией».

А астроном Джордж Гринстайн замечает:

«После анализа всех свидетельств возникает навязчивая мысль о том, во Вселенной должны действовать некие сверхъестественные агенты или, скорее, Агенты. Возможно ли, что вдруг, сами того не желая, мы наткнулись на научные доказательства существования некоего высшего существа? Был ли это Бог, который пришёл и так чудесно создал космос для нашего блага?»

Стоит ли удивляться, что антропный принцип доставляет физикам столько неудобств?

Дэвис и Гринстайн – серьёзные исследователи, а Хойл – один из величайших учёных XX века. Как они отмечают, видимость разумного замысла не вызывает сомнений.[8]8
  Будет ли это предложение вырвано из контекста на одном из религиозных сайтов? Надеюсь, что нет.


[Закрыть] Для возможности существования жизни необходимо сочетание невероятных факторов. Нам потребуется несколько глав, чтобы полностью разобраться с этим «слоном в комнате», но давайте начнём с азов.

Мир, каким мы его знаем, весьма нестабилен, и в этом смысле он представляет особый интерес для физиков. Существует множество вариантов, при которых всё может пойти плохо, настолько плохо, что существование жизни в том виде, в каком она нам известна, станет совершенно невозможным. Условия, которым должен удовлетворять мир, похожий на наш и допускающий существование жизни, можно разделить на три набора требований. Первый набор включает сырьё, необходимое для существования жизни: химические вещества, поскольку жизнь – это химический процесс. Что-то в природе атомов заставляет их соединяться в самых причудливых комбинациях, образуя гигантские молекулы жизни – ДНК, РНК, сотни белков и всё остальное. На самом деле химия – это раздел физики, а конкретно – физики валентных электронов, которые обращаются вокруг ядра на самых удалённых орбитах. Валентные электроны перескакивают от одного атому к другому либо обобществляются атомами, что и позволяет атомам проявлять свои удивительные способности.

Законы физики начинаются со списка элементарных частиц, таких как электроны, кварки и фотоны, и каждая обладает собственными уникальными свойствами, например массой и электрическим зарядом. Из этих объектов построено всё остальное. Никто не знает, почему этот список именно такой и почему элементарные частицы обладают именно такими свойствами. Можно составить бесчисленное множество других подобных списков, но Вселенная, допускающая существование жизни, не терпит произвола в этом вопросе. Удаление из списка любой из этих элементарных частиц – электрона, фотона или кварка – или даже незначительное изменение любого из их свойств приведёт к полному коллапсу обычной химии. В отношении электронов и кварков всё очевидно: из кварков состоят протоны и нейтроны, образующие атомные ядра, которые, в свою очередь, вместе с электронами образуют атомы. Без них атомы не могли бы существовать. Не столь очевидна важность существования фотонов. В следующих главах мы познакомимся с природой электромагнитных и гравитационных взаимодействий, пока же вам достаточно знать, что фотоны с их уникальными свойствами ответственны за существование электромагнитных сил, удерживающих электроны в атомах и атомы в химических соединениях.

Если законы природы кажутся идеально подходящими для существования химии, то так же хорошо они приспособлены и для удовлетворения второму набору требований, а именно требованиям к характеру эволюции Вселенной, допускающему наше комфортное существование. Крупномасштабные свойства Вселенной – её размеры, скорость расширения, существование галактик, звёзд и планет – в основном регулируются силой гравитации. Теория гравитации Эйнштейна – Общая теория относительности – описывает расширение Вселенной из первоначального сверхгорячего и сверхплотного сгустка, образовавшегося после Большого взрыва, до её нынешних огромных размеров. Казалось бы, свойства гравитации, особенно величину гравитационных сил, можно легко изменить. Слабость гравитационного взаимодействия остаётся по-настоящему необъяснимым чудом.[9]9
  Для экспертов: слабость гравитационных сил эквивалентна легкости обычных элементарных частиц. Проблема малости масс частиц называется проблемой калибровочной иерархии. Несмотря на наличие интересных идеи, консенсуса в её решении пока нет.


[Закрыть] Гравитационное притяжение между электроном и атомным ядром в десять тысяч миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов раз слабее электрического. Но будь гравитационное взаимодействие хотя бы немного сильнее, Вселенная проэволюционировала бы так быстро, что на возникновение разумной жизни в ней не осталось бы времени.

Гравитация играет ведущую роль в развёртывании Вселенной. Она является причиной конденсации вещества – водорода, гелия и так называемой тёмной материи – в сгустки галактик, звёзд и, наконец, планет. Но чтобы это произошло, очень ранняя Вселенная должна быть слегка «комковатой». Если бы исходный материал Вселенной был распределён равномерно, он и оставался бы таким в течение всего времени. Выходит, что 14 миллиардов лет назад Вселенная уже состояла из множества комков. Будь комки немного больше или немного меньше, и не сформировались бы ни галактики, ни звёзды, ни планеты и жизни было бы негде развиваться.

Наконец, Вселенная имеет определённый химический состав. В начале были только водород и гелий. Разумеется, для формирования жизни этого недостаточно. Углерод, кислород и остальные элементы возникли позже. Они сформировались в ходе ядерных реакций внутри звёзд. Но способность звёзд превращать водород и гелий в наиболее важный для жизни углерод является очень деликатным делом. Небольшие изменения в законах электромагнетизма и ядерной физики способны предотвратить образование ядер углерода.

Кроме того, после образования углерода, кислорода и других биологически важных элементов внутри звёзд они должны были освободиться оттуда, чтобы предоставить материал для формирования планет и возникновения жизни, – мы ведь не можем жить в горячих недрах звёзд. Каким же образом этим элементам удалось покинуть звёздные недра? Ответ: в результате взрывов сверхновых.

Взрыв сверхновой сам по себе замечательный феномен. В дополнение к нейтронам, электронам, фотонам и гравитации для обеспечения взрыва сверхновой необходим ещё один тип элементарных частиц – нейтрино. Вылетая из коллапсирующей звезды, нейтрино создают давление, выталкивающее наружу все остальные частицы. К счастью, в нашем списке элементарных частиц присутствуют и нейтрино, притом с нужными свойствами.

Как я уже сказал, мир, полный биологических явлений, отнюдь не соответствует общим ожиданиям. Среди множества возможных вариантов списков элементарных частиц и различных взаимодействий это очень редкое исключение. Но достаточно ли исключительно это исключение, чтобы оправдать введение новой радикальной парадигмы, включающей антропный принцип? Если бы наши суждения основывались только на тех вещах, о которых я уже рассказал, нам не удалось бы привести к консенсусу даже тех, кто открыт для антропных идей. Большинство тонких настроек, необходимых для существования жизни, всё же допускают некоторый разброс, не позволяющий отвергать вероятность случайного везения. Возможно – а в это всегда верили физики, – в конце концов будет обнаружен математический принцип, который объяснит существование именно такого списка частиц и констант, и множество счастливых совпадений окажется не более чем множеством счастливых совпадений. Но существует одна тонкая настройка (я расскажу о ней в главе 2), которая в высшей степени невероятна. Она являлась вселенской головоломкой для физиков в течение пятидесяти лет. Единственное её объяснение, если только его можно назвать объяснением, – это антропный принцип.

Сформулирую ещё один парадокс: «Можем ли мы надеяться когда-нибудь объяснить чрезвычайно доброжелательный характер физических законов нашего собственного мира без апелляции к сверхъестественному разуму, когда антропный принцип с его помещением разумной жизни на центральное место в объяснении свойств нашей Вселенной выглядит как предположение, будто кто-то, некий агент, наблюдает за человечеством?» Эта книга о формировании новой физической парадигмы, которая тоже использует антропный принцип, но особым способом, предполагающим полностью научное объяснение наблюдаемой щедрости Вселенной, – при помощи физического дарвинизма, как я его называю.

Каковы же законы физики, о которых я говорил? Как они сформулированы? До тех пор, пока не появился Ричард Фейнман, единственным инструментом, который использовали теоретики для выражения законов физики, были загадочные непроходимые уравнения квантовой теории поля – настолько сложные, что даже у математиков были проблемы с их пониманием. Но сверхъестественная способность Фейнмана визуализировать физические явления в корне изменила ситуацию. Он придумал, как обобщить законы элементарных частиц в виде несколько простых рисунков. Фейнмановские диаграммы и законы физики элементарных частиц, известные физикам как стандартная модель, будут предметом главы 1.

Действительно ли Вселенная и законы природы настолько сбалансированы? Вторую главу, которую я назвал «Мать всех физических проблем», правильнее было бы назвать «Мать шаткого равновесия». Если законы элементарных частиц перенести на законы гравитации, результатом станет потенциальная катастрофа: мир, в котором небесные тела поведут себя подобно элементарным частицам, будет разорван на куски самой разрушительной силой, какую только можно себе вообразить. Единственный выход из этого кошмара – подобрать значение одной из констант, космологической постоянной Эйнштейна, настолько точно, что никому даже в голову не придёт, что это значение могло возникнуть случайным образом.

Космологическая постоянная была введена Эйнштейном вскоре после завершения его теории гравитации, и вот уже более 90 лет она является величайшей загадкой для физиков-теоретиков. Она описывает силу отталкивания – наподобие антигравитации – силу, которая могла бы полностью разметать Вселенную, не будь космологическая постоянная столь исчезающе малой. А проблема в том, что все современные теории требуют, чтобы космологическая постоянная была отнюдь не малой. Современная физика покоится на двух основаниях: теории относительности и квантовой механике. Общим результатом построения мира на этих принципах оказывается Вселенная, которая очень быстро самоуничтожается. Но по совершенно необъяснимым причинам космологическая постоянная «отрегулирована» с удивительной степенью точности. Для некоторых этот факт больше, чем какой-либо другой, служит основанием считать, что Вселенная должна быть результатом творения.

Но ведь Стандартная модель не вырублена на скрижалях? Может быть, возможны другие законы?

В третьей главе я объясню, почему не все наши частные законы универсальны – они могут изменяться в зависимости от места или времени. Законы физики чем-то похожи на погоду: они управляются невидимыми космическими силами почти так же, как дождь, ветер или град управляются температурой, влажностью, атмосферным давлением и скоростью ветра. Эти невидимые агенты влияния называются полями. Некоторые из них, такие как магнитное поле, нам хорошо знакомы. Многие другие не известны даже физикам. Но они есть, они заполняют пространство и управляют поведением элементарных частиц. Ландшафт – вот термин, который я придумал для описания всей совокупности этого теоретического окружения. Ландшафт – это пространство возможностей, схематическое изображение всех возможных условий, допускаемых теорией. За последние пару лет существование богатого ландшафта возможностей стало центральным вопросом в теории струн.