Похоже, мы находимся в критической точке в истории науки, и нам следует изменить наше понимание целей и того, что делает физическую теорию приемлемой. Кажется, что фундаментальные числа и даже форма очевидных законов природы не вызваны логикой или физическими принципами. Параметры могут принять разные значения, а законы — любую форму, которая приводит к внутренне непротиворечивой математической теории, и в иных вселенных они действительно принимают другие значения и другие формы. Это может противоречить нашему привычному стремлению казаться чем-то особенным или желанию открыть четкий набор всех законов физики, но природа, пожалуй, устроена именно таким образом.
Похоже, что существует великое разнообразие возможных типов вселенных. Как мы увидим в следующей главе, вселенных, в которых может быть жизнь, подобная нашей, очень мало. Мы живем в одной из тех, где жизнь возможна, но если бы наша Вселенная была хоть чуточку иной, то существа, подобные нам, не могли бы в ней жить.
Какой же вывод нужно сделать из «точной настройки» нашей Вселенной? Служит ли это доказательством того, что она была спроектирована благожелательным создателем? Или наука предлагает другое объяснение?
7. Кажущееся чудо
Китайская легенда повествует о времени в период династии Ся (ок. 2205 — ок. 1782 до н. э.), когда мир вокруг нашей планеты внезапно преобразился. На небе появилось десять солнц. Люди на земле сильно страдали от жары, потому император повелел знаменитому лучнику сбить стрелами лишние светила. Лучник был вознагражден снадобьем, которое могло сделать его бессмертным, но жена похитила у него этот эликсир жизни, за что была отправлена в изгнание на луну.
Китайцы справедливо полагали, что Солнечная система, в которой десять светил, неблагоприятна для человеческой жизни. Сегодня мы знаем, что, несмотря на прекрасные условия для загара, жизнь, вероятно, никогда не получила бы развития ни в одной из систем с несколькими солнцами. Причины этого были бы не столь простыми, как испепеляющая жара, о которой говорится в китайской легенде. Правда, планеты, которые вращаются сразу вокруг нескольких звезд, могут обладать нормальной температурой, по крайней мере какое-то время. Но равномерный обогрев в течение длительного времени, необходимый для жизни, был бы маловероятен. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим, что происходит с простейшей из многозвездных систем, которая состоит из двух звезд и называется двойной звездой. Примерно половина всех звезд на небе входит именно в такие образования. Но даже в этих простейших системах двойных звезд могут существовать лишь определенные типы стабильных планетных орбит, вид которых показан на иллюстрации выше. На каждой из этих орбит, вероятно, имеются участки, на которых планета становится слишком горячей или слишком холодной, для того чтобы на ней могла поддерживаться жизнь. В системах, где звезд больше, ситуация еще хуже.
Планетные орбиты вокруг двойных звезд. На планетах в двойных звездных системах условия для жизни, вероятно, неподходящие: в какие-то сезоны там слишком жарко, а в какие-то — слишком холодно.
Условия в нашей Солнечной системе другие, удачные, без них сложные формы жизни не могли бы развиться. Например, в соответствии с законами Ньютона орбиты планет могут быть либо кругами, либо эллипсами. Эллипс — это сплюснутая окружность, он более широкий, чем окружность, по одной оси и более узкий — по другой. Степень сплюснутости эллипса описывается так называемым эксцентриситетом — числом от нуля до единицы. Эксцентриситет, близкий к нулю, означает фигуру, близкую к окружности, а эксцентриситет, близкий к единице, — очень сплюснутую фигуру. Кеплер был огорчен, обнаружив, что планеты движутся не по идеальным окружностям, но орбита Земли имеет эксцентриситет около двух процентов, то есть представляет собой почти окружность. Как оказалось, это большое везение.
Эксцентриситеты. Эксцентриситет — это показатель того, насколько эллипс близок к окружности. Круговые орбиты благоприятны для жизни, а сильно вытянутые орбиты приводят к большим сезонным колебаниям температуры.
Сезонные особенности погоды на Земле определяются в основном наклоном оси вращения Земли к плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Например, когда в Северном полушарии зима, то Северный полюс наклонен в сторону, противоположную Солнцу. То, что Земля в это время находится на минимальном расстоянии от Солнца — всего в 91,5 миллиона миль, в отличие примерно от 94,5 миллиона миль в начале июля, — оказывает совсем незначительное влияние на температуру по сравнению с влиянием наклона оси. Но на планетах с большим эксцентриситетом орбиты изменение расстояния от Солнца играет гораздо большую роль. Например, на Меркурии, эксцентриситет орбиты которого 20 %, температура более чем на 200 градусов по Фаренгейту выше в тот период, когда планета ближе всего к Солнцу (в перигелии), чем когда она удалена на максимальное расстояние от Солнца (в афелии). Если бы эксцентриситет земной орбиты был около единицы, наши океаны закипали бы при достижении Землей ближайшей к Солнцу точки и замерзали бы при нашем удалении на максимальное расстояние, что делало бы и зимние, и летние отпуска не очень приятными. Орбиты с большими эксцентриситетами не способствуют жизни, поэтому нам повезло оказаться на планете, у которой эксцентриситет орбиты близок к нулю.
Нам также повезло с отношением массы нашего Солнца к расстоянию от него до Земли, поскольку масса звезды определяет количество отдаваемой ею энергии. У самых больших звезд масса примерно в сто раз больше, чем у нашего Солнца, а у самых маленьких — примерно в сто раз меньше. И все же при данном расстоянии от Солнца до Земли, окажись масса Солнца на 20 % меньше или больше, на Земле было бы соответственно или холоднее, чем сейчас на Марсе, или жарче, чем сейчас на Венере.
Обычно для любой звезды ученые определяют так называемую «зону обитания» — узкую область вокруг звезды, где температура допускает существование воды в жидком состоянии. Эту пригодную для жизни зону иногда называют зоной Златовласки, так как требование о наличии жидкой воды означает, что для развития разумной жизни необходимо, чтобы температуры на планете были, говоря словами Златовласки, «в самый раз»
[5]. В нашей Солнечной системе зона обитания просто крошечная (см. ил. выше). К счастью для тех, кто относится к формам разумной жизни, Земля попала в ее пределы!
Зона Златовласки. Если бы Златовласка делала выбор между планетами, она бы обнаружила, что для жизни пригодны только те, которые находятся в зеленой зоне. Желтая звезда изображает наше Солнце. Более светлые звезды крупнее его и горячее, более красные — меньше и холоднее. Планеты, расположенные к своим солнцам ближе, чем зеленая зона, слишком горячие для жизни, а планеты по другую сторону зеленой зоны — слишком холодные. Чем холоднее звезда, тем меньше пригодна для жизни зона.
