Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной - Калеб Шарф

31

Строго говоря, это был современный космологический принцип. Идеи, которые легли в его основу, восходят к Ньютону. В 1920-е годы и Александр Фридман, и – независимо – Жорж Леметр (первый, кто предположил, что Вселенная расширяется) решили уравнения общей теории относительности, чтобы определить динамику Вселенной, которая была одновременно и гомогенна, и изотропна. Позднее то же самое проделали Говард Робертсон и Артур Уокер, и в результате возникла так называемая метрика Фридмана – Леметра – Робертсона – Уокера – в сущности, матрица, описывающая отношения пространственно-временных координат во Вселенной.

32

Герман Бонди (1919–2005), английский физик австрийского происхождения, в 1948 году вместе с Томасом Голдом и Фредом Хойлом работал над теорией стационарной Вселенной и сделал целый ряд важных открытий в астрофизике и теории относительности. Принцип Коперника описан в его книге Hermann Bondi, Cosmology (Cambridge: Cambridge University Press, 1952). Я имел удовольствие слушать его лекцию в Кембридже, когда был студентом-магистрантом. Лекция была чудесная.

33

Отношение электрической и гравитационной сил между электроном и протоном равно примерно 2 ´1039, но возраст Вселенной составляет примерно 4,4 ´1017 с, а атомная единица времени – 2,4 ´10–17 с, так что возраст Вселенной в этих единицах примерно равен 1,8 ´1034, что в 100000 раз меньше, чем отношение сил 2 ´1039. – Прим. науч. ред.

34

Поль Дирак (1902–1984). Английский физик, выдвинувший первую состоятельную теорию релятивистской квантовой механики (за что и получил Нобелевскую премию в 1933 году совместно с Эрвином Шредингером). В 1937 году предложил «гипотезу больших чисел», указав на разнообразные «совпадения» в отношениях размеров Вселенной к размерам элементарных частиц, а также в отношениях сил различных масштабов.

35

Вначале Вселенная была раскалена, но по мере расширения она остывает. За 20 минут она остывает настолько, что становится возможным нуклеосинтез, и производятся ядра – дейтерий, гелий и немного лития. Примерно за 380 000 лет после Большого Взрыва она остывает уже настолько, что формируются атомы, в которых электроны комбинируются с протонами и этими простыми ядрами. Это происходит потому, что космологические фотоны уже не обладают энергией, достаточной, чтобы высвобождать электроны. И в результате эти фотоны носятся туда и сюда, но не взаимодействуют с веществом. С течением времени расширяющаяся Вселенная растягивает длину волны первичных фотонов (то есть остужает их). Сейчас, 13,8 миллиардов лет спустя, они уже остыли до микроволновых температур и распространяются во всех направлениях, создавая море излучения – космический фон.

36

См., например, Brandon Carter. Large Number Coincidences and the Anthropic Principle in Cosmology. Confrontation of Cosmological Theories with Observational Data; Proceedings of the Symposium. Krakow, Poland, September 10–12, 1973, IAU Symposium No. 63, ed. M. S. Longair. Dordrecht, Netherlands, and Boston: D. Reidel Publishing Company, 1974, 291–98.

37

Я не имею в виду, что об антропном принципе написано много ерунды, таких работ лишь единицы. По сути дела, это прекрасный пример «смещения отбора», а отметать идеи без достаточных оснований глупо. Очень хороший обзор (в виде критики книги физика Виктора Стенгера) можно найти в статье Luke Barnes. The Fine-Tuning of the Universe for Intelligent Life. 2011. http://arxiv.org /abs/1112.4647.

38

Bernard Carr, Martin Rees. The Anthropic Principle and the Structure of the Physical World. Nature 278 (1979): 605–12.

39

Рекомендую очень славную книгу Martin Rees. Just Six Numbers: The Deep Forces That Shape The Universe. New York: Basic Books, 2000.

40

О том, какие физические законы способны породить конструкцию вроде множественной Вселенной, написано очень много. Среди возможных объяснений – космическая инфляция (экспоненциальное расширение Вселенной на очень ранних стадиях ее жизни, вызванное фазовым переходом), при которой возникает огромное множество «карманных Вселенных», по большей части изолированных друг от друга. Другой вариант – М-теория, обобщение теории струн, которая утверждает, что всякая Вселенная представляет собой многомерную «брану», или мембрану. Кроме того, большие перспективы открывает «многомировая» интерпретация квантовой механики, согласно которой параллельные Вселенные создаются при каждом субатомном событии. Популярный обзор можно найти в Brian Greene. The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos. New York: Alfred A. Knopf, 2011.

41

Уже после того, как я это написал, я понял, что подобные идеи уже обсуждались, например, о них говорил и писал физик Ли Смолин.

42

Примечательно, что это соображение неоднократно высказывал великий американский палеонтолог и эволюционный биолог Стивен Джей Гулд. Это интересная точка зрения. К тому же мне интересно, что бы мы подумали, если бы обнаружили в космосе места, идеально подходящие для жизни в том виде, в каком мы ее понимаем, и при этом бесплодные.

43

Хотя Хойл выдвинул эту идею еще в 1953 году, статья, где он предложил свои подсчеты выработки углерода в звездах, вышла в 1954 году (Fred Hoyle. On Nuclear Reactions Occurring in Very Hot Stars. I. The Synthesis of Elements from Carbon to Nickel. Astrophysical Journal Supplement 1 (1954): 121–46).

44

В последующие годы возникли некоторые разногласия по поводу того, действительно ли Хойл руководствовался антропным принципом или всего лишь пытался разобраться, как звезды могут вырабатывать углерод. См., например, Helge Kragh. An Anthropic Myth: Fred Hoyle’s Carbon-12 Resonance Level. «Archive for History of Exact Sciences» 64 (2010): 721–51. Кроме всего прочего, Хельге Краг пишет и о том, как физик Ли Смолин опроверг «углеродный» довод в пользу антропного принципа – примерно так же, как я критиковал антропный принцип, когда излагал альтернативную историю про Галилея.

45

На это указывали несколько ученых, в том числе физик Стивен Вайнберг. Кроме того, изучение разных энергетических уровней, через которые может вырабатываться углерод-12, показывает, что сдвиги величиной до 60 кэВ, возможно, почти не влияют на количество вырабатываемого углерода. См. статью Mario Livio et al. The Anthropic Significance of the Existence of an Excited State of C-12. Nature 340 (1989): 281–84.

46

Если говорить, что жизнь «избранная», это возвращает к идеям витализма, представлению о некоей «искре жизни», которая отличает живое от неживого. Научное сообщество раз и навсегда отказалось от подобных идей, однако они все равно нет-нет да и возникают.

47

Пустыня Атакама тянется почти на 1000 километров на юг от границы Чили и Перу до северно-восточной оконечности Анд. Некоторые ее участки считаются самыми сухими точками земного шара (даже в большей степени, чем некоторые регионы Антарктиды). И в самом деле, на высоте примерно в три километра здесь есть участок, где сухость и химический состав почвы сравнивают с марсианской поверхностью.

48

Ла-Серена – город с населением в несколько сотен тысяч человек (если считать ближайшие пригороды). Процветающий курорт благодаря морскому побережью и пляжам. Кроме того, здесь находится администрация крупнейших астрономических обсерваторий, расположенных в глубине континента и принадлежащих как американским, так и европейским исследователям.

49

Река Эльки берет начало в Андах и впадает в Тихий океан. Поскольку в этих краях очень сухо, чилийцы построили плотину Пукларо примерно в 60 километрах вглубь материка, чтобы создать запасы речной воды на случай засухи и сдерживать наводнения при штормах, которые пусть редко, но случаются. Долина – главный чилийский производитель писко, виноградного бренди.

50

Обсерватория входит в Национальную обсерваторию оптической астрономии под эгидой Национального научного фонда США. Основана она была в начале 1960-х годов, в ней постоянно работают и чилийские, и американские ученые.

51

Чувствительная электроника, в том числе цифровые камеры, которые, как правило, применяются для регистрации фотонов и конструирования изображения, лучше работают при охлаждении. А пальцы астрономов – наоборот.

52

Кормят в Серро-Тололо на славу, но еще прекраснее вид из столовой. Жаль, что нельзя каждый раз, садясь за стол, любоваться, как за окном пролетают андские кондоры.

53

Диаметр Солнца обычно приводится по фотосфере – внешней поверхности, испускающей видимый свет.