Песчинка в пустыне: почему попытки найти другие обитаемые вселенные обречены на провал

Как множество людей на планете Земля, я был заворожен первыми снимками с космического телескопа «Джеймс Уэбб»: кружевные изгибы галактик, абрикосовые нити туманностей, остатки взорвавшихся звезд. Менее живописная, но все же революционная часть миссии Уэбба — поиск признаков жизни в отдаленных уголках Вселенной. Телескоп выполняет важную задачу, анализируя звездный свет, проходящий через атмосферы далеких планет. Каждый вид молекул оставляет собственный отпечаток на проходящем свете, а некоторые из них, такие как кислород, углекислый газ и метан, указывают на наличие жизни. Уэбб уже обнаружил доказательства присутствия углекислого газа по крайней мере на одной планете за пределами нашей Солнечной системы.

Учитывая миллиарды планет в нашей галактике и миллиарды галактик во Вселенной, не многие ученые верят, что наша планета — единственное место, где есть жизнь. Но обнаружение определенных свидетельств существования живых существ в других частях космоса носит глубокое эмоциональное и психологическое, а также философское и теологическое значение. Такая находка заставит людей пересмотреть некоторые фундаментальные убеждения: как мы определяем понятие «жизнь»? Каковы возможные ее разновидности? Откуда взялись мы, живые существа? Существует ли какое-то космическое сообщество?

На самом деле, последние научные исследования показывают, что жизнь во Вселенной встречается редко. Несколько лет назад, используя результаты спутника «Кеплер» для оценки доли звезд с потенциально обитаемыми планетами, я подсчитал, что, даже если на всех потенциально обитаемых планетах действительно есть жизнь, доля материи во Вселенной в живой форме невероятно мала: примерно одна миллиардная часть одной миллиардной. Это как несколько песчинок в пустыне Гоби. Разумеется, мы, живые существа, представляем собой совершенно особое устройство атомов и молекул.

Но жизнь — еще более редкий феномен. В середине 1970-х годов австралийский физик Брэндон Картер отметил, что наша Вселенная хорошо приспособлена для возникновения жизни. Например, если бы ядерная сила, удерживающая центры атомов вместе, была немного слабее, то сложные атомы, необходимые для жизни, никогда бы не образовались. Если бы она была немного сильнее, то весь водород в молодой Вселенной превратился бы в гелий. Без водорода не было бы воды, а большинство биологов считают, что она необходима для жизни. Приведу еще один пример: если бы заполняющая космос «темная энергия», обнаруженная в 1998 году, была немного больше, чем есть на самом деле, Вселенная расширялась бы так быстро, что материя никогда не собралась бы вместе, чтобы образовать звезды — своеобразный питомник для сложных атомов, необходимых для жизни. Но при немного меньшем значении темной энергии Вселенная расширялась и схлопывалась бы так быстро, что звезды не успели бы сформироваться. 

Наблюдение Картера о том, что Вселенная идеально приспособлена для возникновения жизни, было названо антропным принципом. В связи с этим принципом возникает глубокий вопрос: почему? Почему Вселенную беспокоит наличие одушевленной материи? Теологический ответ на данный вопрос — космическая форма разумного замысла: наша Вселенная создана всемогущим и целеустремленным существом, которому необходима была жизнь. Но есть и другое объяснение, более научное. Оно заключается в том, что Вселенная — всего лишь одна из огромного числа вселенных, называемых мультивселенной, которые имеют широкий диапазон значений силы ядерного взаимодействия, количества тёмной энергии и других фундаментальных параметров. В большинстве таких вселенных эти значения не укладываются в узкий диапазон, позволяющий жизни возникнуть. Мы живем в одной из вселенных, благоприятных для жизни, иначе в противном случае нас здесь не было бы и мы не задавались этим вопросом. Наше существование и сама Вселенная — это просто случайность, один из бросков космической игральной кости.

Подобный ход мыслей объясняет, почему на планете Земля такие благоприятные условия для жизни: жидкая вода, умеренные температуры (на данный момент), обилие кислорода для более высокого уровня метаболизма. Очевидное объяснение заключается в том, что существует множество планет, даже в нашей Солнечной системе, на которых нет ни жидкой воды, ни приятных температур, ни кислородной атмосферы. На этих планетах нет жизни. Мы здесь, чтобы строить дома, писать романы и задавать вопросы о существовании, потому что живем на одной из небольшой части планет, где есть подходящие условия для жизни. Живая материя не только редка в конкретной Вселенной, но и не существует в большинстве возможных вселенных.

В то время, когда Картер опубликовал статью, я только закончил дипломную работу и занимался исследованиями в области астрофизики в Корнельском университете.

В течение двух лет учебы в Корнелле я жил в квартире с большим окном, выходящим на озеро Каюга. Каждый день озеро выглядело по-разному, как будто его рисовал новый художник. Я проводил часы в размышлениях над уравнениями, глядя на озеро, его изменчивые цвета и текстуры.

В Корнелле я познакомился с несколькими титанами науки, такими как Эдвин Салпетер, Томас Голд и Ханс Бете. Я близко общался с Голдом, астрофизиком-теоретиком и биофизиком, родившимся в Вене в 1920 году. Томми не был особенно искусен в математических расчетах, но он был блестящим и смелым интуитивистом. Бочкообразный, с румяным лицом и широкой улыбкой, он имел твердое мнение касательно всего и не стеснялся показать нос научному истеблишменту. Он быстро бросался новыми идеями, как дротиками в доску для дартса. Большинство из них попадали в яблочко, но не все.

В 1948 году Голд в сотрудничестве с другими астрофизиками оспорил теорию Большого взрыва с помощью теории «устойчивого состояния». Она предполагала, что у Вселенной никогда не было начала. Она кажется неизменной, даже расширяясь, из-за гипотетического постоянного создания новой материи. В конечном итоге было доказано, что теория стационарного состояния ошибочна. В 1968 году Голд предположил и оказался прав, что недавно открытые пульсирующие радиоволны из космоса вызваны быстро вращающимися нейтронными звездами. В 1970-х годах он утверждал, что нефть, найденная на земле, образовалась не в результате разложения органического материала, как считает большинство геологов, а присутствовала глубоко под землей в момент формирования планеты. Он убедил шведскую национальную энергетическую компанию пробурить разведочную скважину в метеоритном кратере. Интерпретация полученного осадка была весьма противоречивой, и компания обанкротилась.

У меня есть яркие воспоминания о том, как я стоял в кабинете Томми, пытаясь решить задачу с помощью уравнений на доске, а он отмахивался от меня с отчаянием и произносил ответ, просто визуализируя задачу в своей голове. Подобная физическая интуиция присуща большинству ученых, но Томми обладал ею в поразительной степени.

Томми так же хорошо работал руками. Однажды он показал мне красивый стул на трех ножках, который он спроектировал и выстругал. По его словам, все стулья следовало делать таким образом. Даже если ножки разной длины, они будут крепко стоять на полу, потому что три точки (концы ножек стула) определяют единственную плоскость (пол). Добавьте четвертую точку в виде четвертой ножки и, если она не будет обрезана точно до нужной длины, ее конец не будет лежать в той же плоскости, что и первые три. На четырех ножках стул может раскачивается взад-вперед, и концы любых трех из них будут лежать в плоскости пола, а четвертая окажется не на своем месте. Другими словами, три ножки допускают только одно решение для положения стула, а четыре — несколько.

Вспоминая трехногий стул Томми, я понимаю, что это была идеальная метафора для единственной и неповторимой Вселенной, о которой мечтает большинство ученых. Физики, особенно физики-теоретики, хотели бы думать, что существует только одна возможная Вселенная, согласующаяся с фундаментальными законами природы, как одно уникальное решение кроссворда или стул только с тремя ножками. Если это так, мы бы вычислили, почему наша Вселенная именно такая, какая есть.

Многих ученых беспокоит наличие такой вероятности, где существует много различных вселенных с другими свойствами и разнообразными решениями одних и тех же фундаментальных законов природы. Это похоже на то, как если бы вы пришли в обувной магазин и обнаружили, что вам подходит третий размер, но при этом шестой и 11-й также сидят неплохо.

Современные физики гордятся тем, что рассчитывают все на основе «первых принципов», то есть нескольких фундаментальных законов. Например, физик легко просчитывает, с какой скоростью мяч ударяется об пол при падении с высоты трех футов, используя принцип, известный как «сохранение энергии»: общая энергия в замкнутой системе постоянна, даже если она изменяет форму. В свою очередь, сохранение энергии вытекает из более глубокого принципа, называемого «стационарностью»: законы природы не меняются от одного момента к другому.

Используя основные принципы, физикам удалось рассчитать цвет неба, подробные орбиты планет, силу магнетизма в электроне и многие другие явления. Но если существует множество различных вселенных, соответствующих одним и тем же исходным принципам и законам, то фундаментальная природа нашей Вселенной не поддается расчету. Некоторые основные свойства Вселенной должны быть случайными. Физики ненавидят случайности, ведь если их было бы слишком много, ничего нельзя было предсказать. Автомобили внезапно взлетали бы в воздух. Солнце в одни дни всходило бы, а в другие — нет. Мир был бы пугающим местом.

Существует еще один тревожный аспект идеи мультивселенной. Даже если такое множество других вселенных реально, возможно, не существует способа доказать или опровергнуть их существование. По определению, вселенная — это замкнутая область пространства и времени, которая не посылает сигнала в иную такую область даже в бесконечное будущее. Таким образом, вселенные не взаимодействуют друг с другом. Гипотетическое множество вселенных следует либо принять, либо отвергнуть. Ученые не любят случайностей, и им не нравится, когда их заставляют принять то, что они не способны доказать. Но мультивселенная и другие аспекты странного космоса, в котором мы находимся, не только неизвестны в данный момент, но и принципиально непознаваемы. Такое представление противоречит давним традициям науки, но оно предлагает немного смирения, а это хорошее лекарство для любой профессии.

Гипотеза мультивселенной принимается не всеми учеными. Но одно можно сказать почти наверняка: жизнь в нашей Вселенной встречается крайне редко. Я уже объяснял, что жизнь в космосе встречается не часто, так как лишь небольшая часть материи существует в живой форме. Жизнь также редка во времени, в долгой разворачивающейся истории вселенной. В определенный момент в будущем, возможно, через несколько сотен миллиардов лет, когда все звезды сгорят, а все источники энергии будут исчерпаны, жизнь в нашей Вселенной закончится — не только та, что подобна земной, но и жизнь всех видов. «Эпоха жизни» уйдет.

Что нам следует осознать? На мой взгляд, ощущение родства со всеми живыми существами. Мы — единственный механизм, с помощью которого вселенная наблюдает саму себя. Как несколько песчинок в пустыне, мы — то особое устройство атомов и молекул, которые пытаются понять и зафиксировать ослепительное зрелище существования. В ограниченном, но реальном смысле мы, живые существа, помогаем придать Вселенной смысл. Без нас космос был бы просто космосом.

Источник