Если отвлечься от забавных историй и анекдотов, то надо признать, что все физические константы, описанные выше, пока не поддаются анализу и разумному объяснению. Одним из физиков, пытавшихся понять их, был Стивен Вайнберг, который часто опережал свое время. В 1998 году, буквально за несколько месяцев до публикации поразительного астрономического открытия об ускоряющемся расширении Вселенной, приведшего к выводу о существовании «темной энергии», пронизывающей пространство и распирающей Вселенную, Вайнберг и его коллеги из Техасского университета опубликовали статью о гипотетической темной энергии. Авторы утверждали, что если такая энергия существует, то ее величина может колебаться в очень узких пределах, приведенных в статье. В противном случае энергия будет или слишком велика для того, чтобы галактики могли сливаться под действием сил гравитации, или слишком мала, и тогда может произойти гравитационный коллапс до того, как успеет развиться жизнь.
Вайнберг и его коллеги пришли к выводу, что величина космологической постоянной должна основываться (в определенных границах) исключительно на антропном принципе. Он позволил предсказать значение неизвестного параметра, но при этом была использована неудовлетворительная методология, так как она не выявила никаких оснований для величины космологической константы, за исключением все того же аргумента: «Если мы здесь и наблюдаем это, то оно должно находиться в таком-то диапазоне величин».
Конечно, то же самое можно сказать и по поводу постоянной Ньютона, масс и зарядов кварков и электрона, константы тонкой структуры, параметров, управляющих сильными и слабыми ядерными силами, и т. д. Силы природы чрезвычайно точно подогнаны под то устройство Вселенной, какое мы наблюдаем. С точки зрения антропного принципа, если мы здесь, то параметры должны быть именно такими, какими они являются в реальности.
Сила тяжести, несмотря на то что именно ее действие мы ощущаем больше всего, является самой слабой из всех четырех природных сил. Гравитация на сорок порядков слабее сил электромагнитного поля. Можете провести наглядный эксперимент: положите на стол небольшую скрепку. Она будет лежать на месте, удерживаемая полем тяготения всей расположенной под столом планеты. Теперь возьмите маленький магнит и постепенно приближайте его сверху к скрепке. Когда магнит приблизится на достаточное расстояние, она подпрыгнет вверх и прилипнет к нему. Это показывает, что даже крошечный магнит, обладающий электромагнитными силами, может преодолеть силу притяжения всей необъятной Земли.
Почему же сила тяготения на сорок порядков слабее сил электромагнитных? Почему четыре природные силы имеют именно такие, а не иные величины? Если бы было по-другому, нас бы здесь просто не было: гравитация раздавила бы нас еще до появления на свет, если бы была сильнее. А если бы иным было электромагнитное поле, то перестала бы работать вся химия, ибо ядро не смогло удержать около себя противоположно заряженные частицы. Если бы сильные внутриядерные силы имели иную величину, то кварки либо были бы раздавлены, либо улетели из протонов и нейтронов, а сами ядра просто прекратили свое существование. Если бы иную величину имели слабые внутриядерные силы, то либо все элементы стали бы радиоактивными, либо звезды перестали бы излучать свет и тепло. В обоих случаях жизнь просто не смогла бы возникнуть.
Когда я брал у Вайнберга интервью и расспрашивал его о работе, он сказал: «Вселенная, скорее всего, напоминает гигантского кота Шредингера. Есть части Вселенной, где кот жив, космологическая постоянная имеет должную величину и находятся ученые, наблюдающие Вселенную и задающие вопросы. Есть и другие части Вселенной, где кот мертв, космологическая постоянная либо слишком мала, либо слишком велика, и там нет ни жизни, ни задающих вопросы ученых». Такой вот интересный взгляд на Вселенную.
Однако некоторые космологи прибегают к антропному принципу, потому что не знают, почему масса, заряд электрона и кварка, энтропия Вселенной и величина космологической постоянной таковы, что стало возможным существование нашей Вселенной.
Если вы захотите проверить, какая из двух гипотез верна: Вселенная, созданная согласно особым требованиям, или Вселенная, случайно оказавшаяся подходящей для жизни просто потому, что мы ее наблюдаем, то обнаружите, что наука не в состоянии ответить на этот вопрос.
Как мы уже видели, физика не может уйти от загадки невероятной точности настройки многих ее параметров. Самый лучший и самый простой пример этой загадки – взаимодействие протона, нейтрона, электрона и кварков. Каждый студент-физик знает, что материя состоит из протонов и нейтронов, составляющих атомное ядро, вокруг которых обращаются электроны, завершая строение атома. Притяжение электронов к ядрам обусловлено тем, что электрический заряд электрона равен по абсолютной величине и противоположен по знаку электрическому заряду протона: без этого равновесия зарядов жизнь во Вселенной была бы невозможна.
Однако в то время как электрон не имеет отчетливой внутренней структуры и является элементарной частицей, протон и нейтрон таковыми не являются. Каждый протон состоит из трех кварков – двух верхних и одного нижнего. Суммарный электрический заряд кварков таков, чтобы заряд протона был в точности равен +1 (заряд электрона полагают равным –1), ибо в противном случае равновесие будет нарушено.
Мы знаем, что на самом деле в ядре заряд верхнего кварка равен в точности 2/3, а заряд нижнего кварка – –1/3. Если сложить заряды двух верхних и одного нижнего кварка, то получим 2/3 + 2/3 – 1/3 = 1. Каким образом стала возможной такая точность? Мало того, нейтрон (частица, присутствующая в ядрах всех элементов тяжелее водорода) должен иметь суммарный электрический заряд, равный нулю, и он состоит из двух нижних кварков и одного верхнего. Здесь снова срабатывает ставшее привычным математическое волшебство. Если вы сложите заряды кварков, составляющих нейтрон, то получите 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0.
Но почему заряды кварков так идеально подогнаны друг к другу? В самом начале, через ничтожную долю секунды после Большого взрыва Вселенная, как считают ученые, состояла из кварк-глюонной плазмы, которую иногда называют «кварковым супом». Потом кварки, плававшие в этом плотном и исключительно горячем супе, созданном Большим взрывом, внезапно объединились в тройки с образованием протонов и нейтронов. Одно только это уже представляется загадочным: в природе большинство вещей образуют пары, но не триплеты (набор, состоящий из трех объектов). Почему и как все это произошло и как заряды, массы и силы взаимодействия, объединившись, создали стабильные сложные частицы, необходимые для возникновения Вселенной? У науки пока нет удовлетворительных ответов на эту головоломку.
На самом деле, стандартная модель физики частиц была построена с применением мощного математического аппарата именно в попытке разрешить хотя бы некоторые из этих загадок, но она не смогла ответить на вопросы о массах элементарных частиц и взаимодействиях сил. Также без ответа остается и вопрос о пресловутой константе «1/137», управляющей всеми электромагнитными взаимодействиями. Эти числа не получаются в результате решения уравнений модели; их приходится вставлять «вручную». Однако как именно были получены «свободные параметры» в наших моделях Вселенной и как они обрели именно те значения, какие необходимы для существования Вселенной, остается трудной, неразрешенной загадкой – одной из многих загадок науки.
