Тонкая настройка

В 1974 году физик Брэндон Картер вычислил, что, если бы сила взаимодействия между заряженными частицами была на несколько процентов меньше, планеты не могли бы сформироваться, и звёзды были бы единственным видом плотных объектов во Вселенной; а если бы сила была на несколько процентов больше, то звёзды не взрывались бы, и кроме как в них нигде не было бы никаких других элементов, за исключением водорода и гелия. И в том, и в другом случае не было бы сложных химических процессов, а значит, вероятно, и жизни.


Другой пример: если бы начальная скорость расширения Вселенной в момент Большого взрыва была немного выше, звёзды не образовались бы и во Вселенной не было бы ничего, кроме водорода при очень низкой и постоянно уменьшающейся плотности. Если бы эта скорость оказалась немного меньше, то вскоре после Большого взрыва Вселенная испытала бы коллапс. С тех пор похожие результаты были получены и для других физических констант, значения которых не выводятся ни из одной из известных теорий. Для большинства из них, если не для всех, оказывается, что, будь их значения немного другими, жизнь не могла бы существовать.
Этот замечательный факт приводят даже в качестве доказательства того, что эти константы были специально настроены, то есть задуманы, сверхъестественным существом. Это новая версия креационизма и телеологического довода, которая теперь исходит из видимых признаков замысла в законах физики. (Как это ни парадоксально, с учётом истории этой дискуссии, новая идея заключается в том, что законы физики должны были быть приспособлены для создания биосферы путём дарвиновской эволюции.) Это даже убедило, хотя и не должно было, философа Энтони Флю, бывшего ярого сторонника атеизма, в существовании сверхъестественного творца. Как я вскоре объясню, неясно даже, составляет ли эта тонкая настройка видимые признаки замысла в смысле Пейли; но даже если и составляет, это не меняет того факта, что отсылка к сверхъестественному представляет собой плохое объяснение. И в любом случае привлекать сверхъестественные объяснения на том основании, что текущее научное объяснение имеет изъян или что ему чего-то не достаёт, — это просто ошибка. Как мы уже выбили на камне в главе 3, проблемы неизбежны, и нерешённые проблемы найдутся всегда. Но они решаются! Наука продолжает идти вперёд даже (или особенно) после совершения великих открытий, потому что сами эти открытия вскрывают новые проблемы. Поэтому если в физике есть нерешённая проблема, то это говорит о наличии сверхъестественного объяснения не больше, чем нераскрытое преступление — о том, что оно было совершено привидением.
Есть простое возражение против мысли о том, что тонкая настройка вообще требует объяснения: у нас нет разумного объяснения, которое говорило бы, что планеты (или химия) играют существенную роль в создании жизни. Физик Роберт Форвард написал великолепный научно-фантастический роман «Яйцо дракона» (Dragon’s Egg) на основе предположения о том, что информацию можно хранить и обрабатывать путём взаимодействия нейтронов на поверхности нейтронной звезды[20], а значит, там, могут развиваться жизнь и разум. Мы не знаем, существует ли на самом деле такой гипотетический нейтронный аналог химической среды, как не знаем и того, мог бы он существовать, будь законы физики немного другими. Точно так же мы не имеем представления о том, какие ещё среды, допускающие появление жизни, могли бы существовать при таких изменённых законах. (Мысль о том, что при возникновении схожих сред можно ожидать сходных законов физики, подрывается самим существованием тонкой настройки.)
Тем не менее, независимо от того, считать ли тонкую настройку видимым признаком замысла или нет, она ставит правомерную и важную научную проблему, и вот почему. Если правда в том, что природные константы не подогнаны с целью создать в итоге жизнь, а большая часть незначительных их вариаций всё же допускает то или иное развитие жизни и разума, хотя и в совершенно иной среде, то это будет необъяснимой природной закономерностью, а значит — проблемой, за которую может взяться наука.
Если же законы физики действительно тонко настроены, как это представляется нам сегодня, то есть две возможности: либо эти законы — единственные воплощённые в реальности (как вселенные), либо есть другие области реальности — параллельные вселенные[21] — с другими законами. В первом случае нужно ожидать, что имеется объяснение того, почему законы такие, какие они есть, и оно либо будет ссылаться на существование жизни, либо нет. Если будет, то мы окажемся отброшены назад к проблеме Пейли: тогда получится, что эти законы имели «видимые признаки замысла» по созданию жизни, а не эволюционировали. Если же объяснение не будет ссылаться на существование жизни, то останется необъяснённым другой вопрос: раз законы таковы, как они есть, по причинам, не связанным с жизнью, то почему они настроены так, что она создаётся?
Если есть много параллельных вселенных, каждая со своими законами физики, и в большинстве из них невозможна жизнь, то можно полагать, что наблюдаемая тонкая настройка — лишь следствие парохиальной перспективы. Только во вселенных, населённых астрофизиками, может возникнуть вопрос о том, почему константы кажутся тонко настроенными. Такой ход объяснения известен как «антропная аргументация». Считается, что она опирается на так называемый «слабый антропный принцип», хотя, вообще говоря, никакого принципа тут не требуется — только логика. (Уточнение «слабый» нужно из-за того, что было предложено несколько вариантов антропного принципа, представляющих собой нечто большее, чем просто логику, но здесь нет нужды их касаться.)
Однако при тщательном рассмотрении оказывается, что антропных доводов недостаточно для полного объяснения. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим аргумент физика Денниса Сиама[22].
Представьте, что в какой-то момент в будущем теоретики вычислили область значений одной из этих физических констант, при которых существует разумная вероятность появления астрофизиков (любого подходящего типа). Пусть это будет диапазон[23] от 137 до 138. (Конечно, в действительности числа вряд ли будут целыми, но мы не станем усложнять рассуждения.) Кроме того, подсчитано, что наибольшая вероятность появления астрофизиков соответствует середине диапазона, то есть значению константы 137,5.
Далее экспериментаторы приступили к непосредственному измерению константы, скажем, в лабораториях или путём астрономических наблюдений. Что они должны предсказывать? Весьма любопытно, но из антропного объяснения непосредственно следует предсказание, что значение константы не будет в точности равно 137,5. Почему? Допустим противное. Пусть — по аналогии — центр мишени для дротиков представляет значения, при которых астрофизики могут возникнуть. Будет ошибкой предсказать, что среднестатистический дротик попадёт точно в центр. Аналогичным образом в подавляющем большинстве вселенных, в которых могли бы производиться эти измерения (потому что там есть астрофизики), эта константа не примет в точности значение, оптимальное для образования астрофизиков, и не будет слишком близка к нему в сравнении с размером центра мишени.
Из этого Сиама сделал вывод, что, если бы мы действительно измерили одну из тех физических констант и выяснили, что она очень близка к оптимальной для появления астрофизиков, это бы статистически опровергло, а не подтвердило антропное объяснение её значения. Конечно, остаётся возможность, что это просто совпадение, но если бы мы согласились принимать в качестве объяснений астрономически невероятные совпадения, то нам вообще не следовало озадачиваться проблемой тонкой настройки, а мистеру Пейли мы должны были бы сказать, что часы на пустыре могли образоваться сами собой.
Более того, во вселенных, где условия настолько враждебны, что едва допускают появление астрофизиков, их существование должно быть относительно маловероятным. Если выстроить все значения, согласующиеся с появлением астрофизиков, в ряд, то исходя из антропного объяснения мы будем ожидать, что измеренное значение попадёт в какую-нибудь типичную точку, не очень близко к середине или любому из концов.
Однако — и здесь мы приходим к главному выводу Сиамы — это предсказание кардинально меняется, если объяснить нужно сразу несколько констант. Да, маловероятно, что любая из констант окажется у края своей области значений, но чем констант больше, тем более вероятно, что по крайней мере одна из них там будет. Это можно проиллюстрировать графически следующим образом, заменив центр мишени отрезком прямой, квадратом, кубом… Можно представить себе дальнейший рост числа размерностей, соответствующий количеству тонко настроенных констант. Произвольно определим понятие «у края» как «не далее чем в 10 % от края по отношению ко всей области значений». В случае одной константы, как показано на диаграмме, 20 % возможных значений лежат около одного из краёв области значений, а 80 % — «далеко от края». Но если констант две, то, чтобы оказаться «далеко от края», два значения должны удовлетворять двум ограничениям, и таких пар будет уже только 64 %, а 36 % находятся у края хотя бы по одному из двух измерений. Если констант три, у края лежит уже почти половина вариантов — 48,8 %, если быть точным. А если их 100, то у края окажутся 99,9999999 %!

Таким образом, чем больше констант, тем ближе типичная вселенная с астрофизиками к тому, что астрофизиков в ней нет. Число таких констант неизвестно, но, по-видимому, их несколько, и в этом случае подавляющее большинство вселенных в антропно выделенной области будет располагаться вблизи её края. Значит, заключил Сиама, антропное объяснение предсказывает, что Вселенная едва-едва способна производить астрофизиков, — и это предсказание практически противоположно тому, которое делается в случае одной константы!
На первый взгляд может показаться, что это, в свою очередь, объясняет другую великую и нерешённую научную загадку — парадокс Ферми, названный так по имени физика Энрико Ферми, который, как говорят, сформулировал её всего в двух словах: «Где они?» Где внеземные цивилизации? С учётом принципа заурядности или даже просто того, что нам известно о Галактике и Вселенной, нет причины полагать, что феномен появления астрофизиков уникален для нашей планеты. Похожие условия, по-видимому, существуют во многих системах других солнц, так почему в каких-то из них не могут получаться те же результаты? Кроме того, с учётом временных масштабов, в которых развиваются звёзды и галактики, чрезвычайно маловероятно, что любая заданная внеземная цивилизация в данный момент находится на том же уровне технологического развития, что и мы: скорее всего, она либо на миллионы лет моложе (то есть ещё не существует), либо старше. Тогда у более старых цивилизаций было уже достаточно времени на исследование Галактики или хотя бы на то, чтобы послать автоматические космические зонды или сигналы. Парадокс Ферми заключается в том, что таких цивилизаций, зондов или сигналов не наблюдается.
Было предложено много возможных объяснений, но до сих пор ни одно из них не оказалось достаточно разумным. Может показаться, что антропное объяснение тонкой настройки в свете аргумента Сиамы даёт хорошее решение проблемы: если физические константы в нашей Вселенной едва-едва могут привести к появлению астрофизиков, то неудивительно, что это произошло лишь однажды, так как вероятность того, что в одной и той же Вселенной произойдут два таких независимых события, исчезающе мала.
К сожалению, это объяснение тоже оказывается плохим, потому что фокусироваться на фундаментальных константах — это парохиальный подход: ведь на самом деле нет существенной разницы между теми же самыми законами физики с разными константами и другими законами физики. А логически возможных законов физики бесконечно много. И если бы все они воплощались в настоящих вселенных — как полагают некоторые космологи, такие как Макс Тегмарк[24], то тот факт, что наша Вселенная находится в точности на краю класса вселенных, которые производят астрофизиков, был бы статистически достоверен.
Мы знаем, что это не может быть так в силу аргумента, предложенного Фейнманом (применительно к немного иной проблеме). Возьмём класс всех возможных вселенных, в которых есть астрофизики, и посмотрим, что ещё есть в большинстве из них. В частности, возьмём сферу такого размера, чтобы в ней смог поместиться ваш мозг. Если вы хотите объяснить тонкую настройку, то для этой цели ваш мозг в его текущем состоянии можно считать «астрофизиком». В классе всех вселенных, содержащих астрофизиков, есть много таких, которые содержат сферу, изнутри идеально совпадающую с вашей, включая ваш мозг до последней детали. Но в подавляющем большинстве этих вселенных вокруг сферы царит хаос: практически произвольное состояние, поскольку таких состояний намного больше, чем иных. Далее, такое состояние обычно не только аморфное, но и горячее. Таким образом, в большинстве подобных вселенных в следующий момент мы мгновенно погибнем от хаотичного излучения, источники которого находятся вне сферы. Но в любой заданный момент теория о том, что мы погибнем за какую-то пикосекунду, отвергается наблюдением через пикосекунду, и после этого можно выдвигать другую такую теорию. Так что это очень неразумное объяснение — доведённая до крайности интуиция азартного игрока.
То же самое верно и для чисто антропного объяснения всех других тонких настроек, включающих более чем несколько констант: такие объяснения предсказывают, что с исключительно высокой вероятностью мы находимся во вселенной, в которой астрофизики едва-едва возможны и перестанут существовать за одно мгновение. Таким образом, это неразумные объяснения.
С другой стороны, если законы физики существуют только в одной форме и лишь значения немногих констант отличают одну вселенную от другой, тогда сам факт, что законы не воплощаются в иных формах, — это тоже своего рода тонкая настройка, которую антропное объяснение обходит стороной.
Если рассматривать в качестве объяснения теорию о том, что все логически возможные законы физики воплощаются в виде вселенных, то возникает ещё одна серьёзная проблема. Как я объясню в главе 8, при рассмотрении подобных бесконечных множеств, зачастую нет способа «посчитать» или «измерить», у скольких из них есть этот признак, а не тот. С другой стороны, в классе всех логически возможных сущностей те, которые способны понимать себя, как это удаётся физической реальности, в которой мы находимся, вне сомнения, в любом разумном смысле, представляют собой микроскопическое меньшинство. Мысль о том, что одна из них «случилась сама собой», без объяснения, вне сомнения, является просто теорией самозарождения.
Кроме этого, почти все «вселенные», описываемые этими логически возможными законами физики, кардинально отличаются от нашей — настолько, что они в этот аргумент должным образом не вписываются. Например, бесконечно многие из них не содержат ничего, кроме одного бизона, в разных позах, и существуют ровно 42 секунды. Бесконечно много других содержат одного бизона и одного астрофизика. Но что такое астрофизик во вселенной, где нет ни звёзд, ни научных инструментов и практически нет данных? Что такое учёный или любой думающий человек во вселенной, где верны только неразумные объяснения?
Практически все логически возможные вселенные, в которых есть астрофизики, подчиняются законам физики, которые являются плохими объяснениями. Так должны ли мы предсказать, что и наша Вселенная необъяснима? Или что вероятность этого велика, хотя и неизвестна? Таким образом, снова антропные доводы, основанные на «всех возможных законах», приходится отбрасывать как неразумные объяснения.
Это даёт мне основание заключить, что, хотя антропный принцип вполне может быть частью объяснения очевидной тонкой настройки констант и других наблюдений, он никогда не может быть полным объяснением того, почему мы наблюдаем нечто, что иначе выглядело бы слишком целенаправленным, чтобы объяснить это совпадением. Здесь требуется особое объяснение, в терминах особых законов природы.

Как мог заметить читатель, все неразумные объяснения, о которых я говорю в этой главе, в конечном счёте взаимосвязаны. Ожидаешь слишком многого от антропного принципа или пытаешься слишком тщательно разобраться в ламаркизме — получаешь самозарождение. Слишком серьёзно отнесёшься к последнему — получаешь креационизм и так далее. А всё потому, что они все обращаются к одной основополагающей проблеме и легко поддаются варьированию. Их легко заменить друг другом или вариантами самих себя, а как объяснения они «слишком просты»: они одинаково хорошо могли бы объяснить всё, что угодно. Но к неодарвинизму было не просто прийти и его не просто подправить. Попробуйте — даже на уровне собственных заблуждений Дарвина, — и получится объяснение, которое работает намного хуже. Попробуйте объяснить с его помощью что-то не дарвинистское, например, новую сложную адаптацию, у которой не было предшественников в организмах предков, и вы не сможете придумать вариант с такими чертами.
Антропные объяснения пытаются объяснить целенаправленную структуру (такую как тонко настроенные константы) через единственный акт отбора. Это не характерно для эволюции, и так быть не может. Разгадка проблемы тонкой настройки появится из объяснения, которое будет конкретно описывать то, что мы наблюдаем. Это будет, говоря словами Уилера, «такая простая идея… что… мы непременно спросим: а разве могло быть иначе?». Другими словами, проблема не в том, что мир так сложен, что мы не можем понять, почему в нём всё так, как есть, а в том, что всё настолько просто, что мы пока не можем этого понять. Но это станет очевидно лишь в ретроспективе.
Все эти неразумные объяснения биосферы либо вообще не позволяют даже взяться за решение проблемы того, как создаётся знание в адаптациях, либо объясняют это плохо. Другими словами, во всех в них недооценивается процесс сотворения, причём теория, которая недооценивает его больше всего, это — как это ни парадоксально — креационизм. В самом деле: если сверхъестественному творцу пришлось бы создавать Вселенную в момент, когда Эйнштейн, Дарвин или любой великий учёный только что сделал своё главное открытие, то настоящим автором этого открытия (и всех более ранних открытий) был бы не учёный, а сверхъестественное существо. Значит, подобная теория отрицала бы существование того единственного процесса творения, который действительно имел место в генезисе открытий этого учёного.
И это действительно процесс творения! Пока открытие не сделано, никакой предиктивный процесс не может раскрыть его содержание или последствия — ведь иначе он бы и был самим открытием. Таким образом, научное открытие — крайне непредсказуемая вещь, несмотря на то, что оно определяется законами физики. Я подробнее поговорю об этом любопытном факте в следующей главе; вкратце — он обусловлен существованием «эмерджентных» уровней объяснения. В данном случае суть в том, что достигаемое наукой (и творческим мышлением в целом) — это непредсказуемое творение ex nihilo[25]. Это же верно и для биологической адаптации, но ни для какого другого процесса. Поэтому креационизм был назван неправильно. Это не теория, объясняющая, что знание обусловлено актом творения, а как раз наоборот: она отрицает, что творение имело место в реальности, помещая происхождение знания в область необъяснимого. На самом деле креационизм — это отрицание творения, как и все другие ложные объяснения.
Загадка понимания того, что представляют собой живые сущности и как они появились, дала начало странной истории заблуждений, хороших догадок и парадоксов. Последний из парадоксов — в том, что теория неодарвинизма, как и теория познания Поппера, в действительности описывает процесс творения, хотя их конкурентам, начиная с креационизма, это так и не удалось.