Эта статья продолжает размышление о природе законов природы, начатое нами, моим сыном Львом и мной, в конце ушедшего года, в “Двойной проблеме законов природы”.
~~~~~~~~~
Статья “Двойная проблема законов природы” обозначила законы природы как непонятное. Не как отчасти известное, а отчасти нет, к чему мы привыкли, не как то, чем все объясняется, что тоже довольно привычно, а как то, что само требует объяснения. Часть законов найдена, часть нет - это уже не так важно в этом не слишком привычном аспекте. Так или иначе, законы объективно есть, они задают движение материи, которое им и подчинено. Все эти законы, открытые и нет, мы можем рассматривать вместе, в их гармонической совокупности, как Единую Теорию Всего. И вот, глядя на Теорию Всего, это полное теоретическое древо, мы можем удивиться - а почему же логическая структура нашего мира, его материи, задана именно этим древом разума, а не каким-то другим? Почему, скажем, сила всемирного тяготения падает как обратный квадрат расстояния, а не как-то иначе? Почему бы ей не падать по какому-то другому закону, или почему бы ей вообще не расти, или не колебаться как-то? Да и вообще - почему вообще должен быть какой-то закон?
На последний вопрос ответ лежит на поверхности. Если в мире нет закона, нет стабильной долгосрочной регулярности, то и жизни там быть не может, не говоря уже о разуме, и спрашивать о такой вселенной было бы некому. Ведь жизнь и сама есть некая долгосрочная регулярность. Ну и дальше это рассуждение можно развить. Жизнь есть сложная регулярность, основанная на определенном конструкторе из зацепляющихся типовых элементов, атомов. Для нее требуется достаточно широкий ассортимент хорошо сцепляющихся атомов. Из атомов типа бильярдных шаров, например, ничего не построить - вселенная типа бильярда была бы совершенно неинтересной.
Сделаем еще один шаг - предположим вселенную типа нашей, но состоящую не из бильярдных шаров, но из атомов водорода. С одними такими атомами тоже, однако, не особо разгонишься. Из них ничего, кроме молекул водорода, H2, не построить. А молекулы водорода уже ни за что не цепляются, они вроде гладких гантелек, из которых уже ничего не собрать. Правда, при достаточно низкой температуре, ниже 14 градусов Кельвина, водород образует еще одну супер-молекулу - гексагональный кристалл. Но это не меняет дела, из этих двух молекул ничего интересного все равно не складывается, набор слишком скуден. Жизнь требует сложных текстов, а, значит, достаточно большого алфавита, набора атомов-букв, которые могли бы соединяться в строки.
Это, на вид простое, требование на самом деле довольно жестко. Например, оно чувствительно к отношению масс протона и нейтрона. В нашем реальном мире эти массы различаются примерно на 0.1%, нейтрон чуть тяжелее. Если бы дело обстояло наоборот, тяжелее был бы протон, никаких атомов бы не было вообще - все протоны распались бы на нейтроны и позитроны, и вселенная была бы совершенно бесплодна. Если бы нейтрон был тяжелее не на 0.1%, а в несколько раз больше - тоже ничего хорошего не случилось бы: в такой вселенной не было бы нейтронов, которые все распались бы на протоны и электроны. В итоге никаких атомов, кроме водорода, не было бы. А из одного водорода, как уже отмечалось, каши не сваришь. На этом примере видно, что возможность построения жизни требует тонкой настройки законов природы, они должны быть заточены под жизнь. В рассмотренном примере с массами протона и нейтрона, эта настройка должна быть на уровне 0.1%.
Согласно Полу Дэвису, “Сегодня среди физиков и космологов существует широкое согласие относительно того, что Вселенная “тонко настроена” на жизнь (fine-tuned)". Как заметил Стивен Хокинг: "Законы природы, насколько они нам известны в настоящее время, содержат много фундаментальных констант, вроде заряда электрона [постоянной тонкой структуры] и отношения массы протона к массе электрона. … Замечательный факт состоит в том, что эти константы представляются весьма тонко подобранными для обеспечения развития жизни."
Здесь наше вопрошание о законах природы - почему они таковы, а не какие-то другие? - подходит к важному пункту. Сама возможность жизни и разума требует неких весьма специальных законов. В случае произвольных законов жизнь не зарождается, и спрашивать о законах некому. Сама наблюдаемость вселенной ставит некий фильтр на ее законы. А раз так, то возникает два новых вопроса. Во-первых, кем или чем этот фильтр поставлен? А во-вторых, достаточно ли этого фильтра жизни и разума для объяснения законов вселенной, для ответа на вопрос почему законы именно таковы? Не может ли так оказаться, что жизнь и разум возможны только при тех законах, что и реализованы в нашей вселенной? Если признать, что фильтр поставлен неким Сверх-разумом, то чисто научная мысль на этом закончится, проблема будет переведена в пространство философии, соединяющей естествознание и теологию. На такую границу своего познания наука может согласиться только в том случае, если будет убедительно показано, что никуда не деться, ее граница именно здесь. Но как же может быть по-другому? Разве могут весьма специальные, тонко-подобранные законы возникнуть сами собой, а не как специальный замысел?
А что, собственно, значит - “сами собой”? Например, это может означать - как следствие из какого-то закона более высокого уровня. Допустим, что так. Но тогда вопрос о природе законов не решается - он просто переносится на этот более высокий уровень. В таком случае, то учтем этот высокий супер-закон в полном списке законов, и снова спросим то же самое - каков же источник всей этой специальной структуры законов? Почему она такова, а не иная? Что же тогда еще может быть источником специальных тонко настроенных законов природы, если не запредельный миру творческий Ум? Да вот стоит предположить, что вселенная не одна, а их бесконечно много, что есть мультиверс, со всеми мыслимыми законами природы, как проблема снимается. Нет тогда никаких особенных законов, никто и ничто законы нашей вселенной не выбирал, они есть не более чем случайная реализация одной из бесконечных возможностей этого хаосогенеза. Эта идея предлагалась разными авторами; в наиболее строгой форме - Максом Тегмарком (1998, 2007). Тегмарк предположил, что существует бесконечный набор вселенных, мультиверс, реализующий все мыслимые законы природы. Специфика нашей вселенной снимается: все что мыслимо математически, существует физически. Мотивацию и принципы такого хаосогенеза он передает следующим образом:
"Если единая теория всего существует и однажды будет открыта, то все равно остается неудобный [embarrassing] вопрос, подчеркнутый Джоном Арчибальдом Уилером: Почему реализованы именно эти уравнения, а не другие? Может ли действительно некая фундаментальная необъяснимая онтологическая асимметрия быть встроенной в самое сердце реальности, разделяя математические структуры на два класса: входящие и не входящие в физический мир? В конце концов, математические структуры не созданы и не существуют ‘где-то’. Они просто существуют. В качестве способа выпутаться из этих философских проблем, я предположил, что имеет место полная математическая демократия: что математическое и физическое существования эквивалентны, так что все математические структуры имеют один и тот же онтологический статус." (“The Mathematical Universe”, 2007)
Следует отметить, что сам по себе хаос не может произвести что либо, такое попросту немыслимо. Хаос может лишь участвовать в генерации чего-либо, являя себя посредством неопределенности. Гипотеза Тегмарка не является здесь исключением: она предполагает, что все существующие миры основаны на осмысленных математических структурах вроде разнообразных групп симметрий, математических полей, алгебр, наборов уравнений и т. д. Она также предполагает возможность хотя бы некоторым из этих структур породить наблюдателей, воспринимающих как математические структуры сами по себе, так и задаваемый структурами физический мир. Хаос входит в модель Тегмарка как тотальность всех математических структур, имеющих, что важно, один и тот же онтологический статус. Особенной модель Тегмарка делает минимальность ее допущений. Именно поэтому мы отождествляем в дальнейшем его “математическую демократию” с хаосогенезом. Для объяснения специфики наших законов природы, к мультиверсу Тегмарка следует применить “слабый антропный принцип”, звучащий почти тавтологично: наблюдаться могут лишь те вселенные, где зародился наблюдатель; этот принцип и отбирает в полном мультиверсе узкий класс тонко настроенных вселенных. Таким образом, тонкая настройка получает, казалось бы, научное объяснение. Несмотря на то, что в бесконечном наборе вселенных лишь ничтожная их порция была бы тонко настроенной на жизнь и сознание, вероятность наблюдения тонкой настройки вселенной равна единице. Ничто, кажется, не противоречит хаосогенезу - допущению порождения законов природы случайным выбором из равноправных структур Тегмарка, с последующей селекцией антропным принципом. Но так ли это, не упускается ли этим рассуждением нечто существенное? Неужели действительно наблюдаемая Вселенная не содержит ничего, что с научной определенностью исключало бы случайность ее законов? И вообще - опровергаем ли хаосогенез хоть каким-то мыслимым наблюдением, иными словами, научна ли вообще эта концепция? Брайан Грин, один из известных струнных теоретиков и космологов, в этом убежден до такой степени, что даже не считает нужным особо останавливаться:
"...я не принимаю идей, которые невозможно осмысленно проверить на эксперименте или в наблюдениях, я их не принимаю не в силу человеческой слабости и технологических ограничений, а по причине внутренней природы таких гипотез. …полномасштабная версия полного мультиверса [Тегмарка] оказывается в таком положении. Если учитывается абсолютно каждая возможная вселенная, то тогда совершенно неважно, что мы наблюдаем и какие эксперименты проводим; окончательный мультиверс кивнёт и одобрит наш результат.” (“The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos”, 2011)
В отличие от Брайана Грина, авторы этой статьи убеждены в противоположном - в том, что гипотеза Тегмарка не только может противоречить наблюдениям, но и уже противоречит им. Как это ни покажется удивительным, хаосогенез строго исключается, и не на основе определенной религии или метафизики, но научно. О том, каким образом это совершается , пойдет речь в следующей статье.