Прорыв за край мира

Что это за константы, и чем их изменение фатально для нас? Самой капризной вещью во Вселенной оказываются звезды, без которых мы не можем существовать. Повторим широко известные факты на этот счет:

• Ядро тяжелого водорода, дейтрон, оказывается довольно слабо связанным, что играет большую роль в процессе горения водорода (в основном протон-протонном цикле) в звездах. Если чуть-чуть увеличить ядерную силу притяжения между протоном и нейтроном, то вероятность одной ступени протон-протонного цикла — соединение протона с дейтерием в ядро гелия-3 упадет, и звезды будут еле тлеть. Если силу притяжения ослабить, дейтрон исчезнет и протонный цикл оборвется

• В главе 6, посвященной Фреду Хойлу, упоминалась тройная гелиевая реакция как его главное достижение и как единственный мостик от легких к тяжелым элементам в звездном нуклеосинтезе. Эта реакция идет благодаря резонансу ядра углерода при удачной энергии. Стоит немного изменить константу ядерных взаимодействий, и реакция блокируется, а Вселенная остается без тяжелых элементов.

• Звезды горят потому, что во Вселенной осталось много водорода, и образовалось только 20 % «негорючего» гелия. Если бы чуть усилить сильные взаимодействия относительно электромагнитных, появилось бы новое стабильное ядро — дипротон.

И тогда всё вещество Вселенной в первые минуты перешло бы в форму гелия. Звезды бы не зажглись.

Еще более ужасающая возможность — облегчить нейтрон на одну тысячную, тогда он бы стал стабильным, и не было бы ни электронов, ни атомов — одни нейтроны.

Есть и другие способы разрушить наше комфортное мироздание, слегка чего-нибудь изменив в нем. О некоторых мы поговорим ниже, а пока сказанного достаточно, чтобы понять, что объем в пространстве значений физических констант, допускающий существование жизни, ничтожно мал. Будто физические константы специально подогнаны таким образом, чтобы мы могли существовать.

Теперь давайте взглянем на Землю: на ней тоже всё как будто специально подогнано для нашего существования: температура, атмосфера, вода, стабильная орбита, хороший наклон оси вращения, слабая бомбардировка астероидами благодаря Юпитеру, очистившему пространство от космического мусора. Но ведь мы точно знаем о существовании других планет и множества других планетных систем, где условия совсем иные. Так там никто и не живет. Мы могли появиться лишь в одном из относительно немногих миров — в том, который благодаря стечению обстоятельств как будто специально подогнан под существование жизни.

То же самое и со Вселенной, если:

• вселенных очень много, возможно, бесконечно много;

• все они разные, возможно, с разными законами физики, разными константами взаимодействий, разными наборами частиц, причем конкретная реализация случайна.

Вот мы и появились там, где могли, где нейтрон тяжелей пары протон + электрон, где углерод имеет ядерный резонанс с нужной энергией и так далее. Возможно, в пространстве параметров существуют и другие благоприятные «острова», где возможна какая-то другая жизнь, совсем не похожая на нашу. И там разумные обитатели будут удивляться удачной подстройке физических величин. А в большинстве вселенных, где не произошло благоприятной случайности, некому посетовать на неудачные значения физических констант.

Это и есть суть антропного принципа.

Он снимает некоторые вопросы, перекладывая ответственность за какие-то факты на случайность. Почему именно таковы массы кварков? Они определяются константами взаимодействия кварков с полем Хиггса, и величина этих констант ниоткуда не следует. Но если их изменить — «поедет» всё — энергия резонанса ядра углерода, стабильность и энергия связи ядер, — и мир изменится так, что мы не сможем жить. Антропный принцип намекает, что эти константы — результат случайности в биографии нашей Вселенной, и вместо объяснения этих конкретных значений заставляет искать механизм, дающий случайные реализации физических констант. Это делает поиск более осмысленным. В данном конкретном случае мы пока не знаем точного ответа, но имеем ряд правдоподобных гипотез. Например, фазовый переход вакуума в самой ранней Вселенной (см. главу 16). Есть и другой механизм случайной реализации, о нем будет сказано ниже.

Антропный принцип предполагает существование огромного множества вселенных. Предположение о множественности вселенных становится естественным сразу, как только Вселенная признана физическим объектом. Но хотелось бы еще знать, каков конкретный механизм производства этого огромного множества. Оказывается, космологическая инфляция делает и это, что первым понял Андрей Линде.

43. Вечная инфляция