Коротка історія часу - Стівен Вільям Хокінг

початковою конфігурацією і, можливо, зі своїм власним набором наукових законів. У більшості з цих всесвітів умови не були б придатні для розвитку складних організмів; і лише в небагатьох з них, таких як наш, могли б розвинутися розумні істоти і поставити питання: «Чому Всесвіт такий, яким ми його бачимо?». Відповідь проста: якби він був інакший, нас би тут не було!

Закони науки, як ми їх знаємо тепер, містять багато фундаментальних чисел, наприклад величина заряду електрона і співвідношення мас протона і електрона. Ми не можемо, принаймні тепер, передбачити значення цих чисел з теорії — ми маємо знайти їх через спостереження. Може статися, що одного дня ми відкриємо повну об’єднану теорію, що передбачатиме ці всі числа, але можливо також, що деякі з них або всі вони змінюватимуться від всесвіту до всесвіту або в межах єдиного всесвіту. Примітно те, що значення цих чисел, здається, були дуже тонко налаштовані, щоб уможливити розвиток життя. Наприклад, якщо б заряд електрона був лише трішки відмінний, зорі або не могли б спалювати водень і гелій, або вони б не вибухали. Звичайно, можуть існувати й інші форми розумного життя, про які навіть не мріяли письменники-фантасти, що не потребують світла від зорі, як наше Сонце, або важчих хемічних елементів, що створюються в зорях і викидаються в космічний простір, коли зорі вибухають. Однак видається очевидним, що існує відносно невеликий діяпазон числових значень, що дозволили б розвиток будь-якої форми розумного життя. Більшість наборів значень приведуть до всесвітів, що хоч і могли б бути дуже гарні, не матимуть нікого, хто б міг милуватися їхньою красою. Можна прийняти це як доказ божественного задуму в створенні і виборі законів науки, або як підтвердження сильного антропного принципу.

Існує низка заперечень, що можна висунути стосовно сильного антропного принципу як пояснення спостережуваного стану Всесвіту. По-перше, в якому розумінні всі ці різні всесвіти можуть існувати? Якщо вони дійсно окремі один від одного, те, що відбувається в іншому всесвіті, не може мати спостережуваних наслідків у нашому. Тож ми повинні використовувати принцип економії і вилучити їх з теорії. Якщо ж, з іншого боку, вони просто різні області єдиного Всесвіту, закони науки повин­ні бути однакові в кожній області, бо інакше не можна рухатися неперервно з однієї області в іншу. В такому разі єдина різниця між областями — лише їхні початкові конфігурації, і тому сильний антропний принцип зведеться до слабкого.

Друге заперечення щодо сильного антропного принципу — те, що він іде проти ходу всієї історії науки. Ми пройшли від гео­центричних космологій Птолемея і його попередників, через геліоцентричну космологію Коперника та Ґалілео до сучасної картини, в якій Земля — планета середнього розміру, що обертається навколо середньої зорі в зовнішніх околах звичайної спіральної галактики, лише однієї з приблизно трильйона галактик у спостережуваному Всесвіті. Проте сильний антропний принцип проголошуватиме, що вся ця величезна споруда існує лише заради нас. У це дуже важко повірити. Наша Сонцева система, безумовно, необхідна передумова нашого існування, і можна поширити цей підхід на всю нашу Галактику, щоб уможливити раніше покоління зір, які створили важчі елементи. Але, видається, нема жодної потреби в усіх цих інших галактиках, ні в такій однорідності та подібності Всесвіту в усіх напрямах у великому масштабі.

Можна було б почуватися задоволенішим антропним принципом, принаймні його слабкою версією, якби можна було показати, що чимало різних початкових конфігурацій розвинулися б у всесвіт, схожий на той, що ми бачимо. Якщо це так, всесвіт, що розвинувся з якихось випадкових початкових умов, повинен містити деяку кількість гладких і однорідних областей, що придатні для еволюції розумного життя. З іншого боку, якщо початковий стан Всесвіту мав бути вибраний надзвичайно ретельно, щоб привести до чогось на кшталт того, що ми бачимо навколо, Всесвіт навряд чи міститиме якусь область, де може з’явитися життя. В гарячій моделі Великого вибуху, описаній вище, не було достатньо часу в ранньому Всесвіті, щоб тепло перетекло з однієї області в іншу. Це означає, що початковий стан Всесвіту мав би мати цілком однакову температуру повсюди, щоб пояснити той факт, що фонове мікрохвильове проміння має однакову температуру у будь-якому напряму нашого спостереження. Початкова швидкість розширення також мала б бути вибрана дуже точно, щоб швидкість розширення досі була така близька до критичної, потрібної, щоб уникнути реколапсу. Це означає, що початковий стан Всесвіту дійсно мав бути вибраний дуже ретельно, якщо гаряча модель Великого вибуху правильна аж до початку часу. Було б дуже важко пояснити, чому Всесвіт мав початися саме таким чином, крім як актом Бога, призначеним для створення істот, подібних до нас.

Намагаючись знайти модель Всесвіту, в якій багато різних початкових конфігурацій могли б розвинутись у щось схоже на нинішній Всесвіт, науковець Масачусетського технологічного інституту Алан Ґут припустив, що ранній Всесвіт міг пройти через стадію дуже швидкого розширення. Це розширення називають «інфляційним», тобто, що Всесвіт якийсь час розширювався зі зростальною швидкістю, а не зі спадною, як сьогодні[25]. За Ґутом, радіус Всесвіту збільшувався у мільйон мільйонів мільйонів мільйонів мільйонів (1 з тридцятьма нулями) разів лише за малесеньку частку секунди.

Ґут припустив, що Всесвіт почався з Великого вибуху в дуже гарячому, але доволі хаотичному стані. Ці високі температури мали б означати, що частинки у Всесвіті рухалися дуже швидко і мали високі енергії. Як зазначено раніше, можна очікувати, що за таких високих температур сильні та слабкі ядерні сили й електромагнетна були б усі об’єднані в єдину силу. У міру розширення Всесвіту він охолоджуватиметься й енергія частинок падатиме. Зрештою станеться так званий фазовий перехід і симетрія між силами буде порушена: сильна сила стане відрізнятися від слабкої та електромагнетної. Один з простих прикладів фазового переходу — замерзання води при охолодженні. Рідка вода симетрична, однакова в будь-якій точці та будь-якому напряму. Але коли створюються кристали льоду, вони матимуть визначені позиції і вишиковуватимуться в якомусь напряму. Це порушує симетрію води.

У разі води, якщо бути обережним, можна її «переохолодити»: тобто можна опустити температуру води нижче від точки замороження (0ºC) без утворення льоду. Ґут припустив, що Всесвіт міг поводитися подібним чином: температура могла опуститися нижче від критичного значення без порушення симетрії між силами. Якщо б це сталося, Всесвіт був би в нестійкому стані, з більшою кількістю енергії, ніж якщо б симетрія порушилася. Можна показати, що ця особлива додаткова енергія має антигравітаційний ефект: вона б діяла точно, як космологічна константа, яку Айнштайн ввів в загальну теорію відносності,