Для того чтобы жизнь на Земле возникла именно так, как она возникла, должно было произойти поразительное количество событий. Небольшое изменение гравитации или подстройка другой фундаментальной силы могли сделать разницу между нашей Вселенной и Вселенной, совершенно непригодной для жизни.
Эта идея заставила некоторых ученых изучить метафорические циферблаты и ручки Вселенной и задаться вопросом, почему такие сложные системы, как галактики, планеты и жизнь, смогли сформироваться, когда этого не должно было произойти, что называется "тонкой настройкой" нашей Вселенной. Новый отчет, опубликованный Институтом фундаментальных вопросов, объясняет основные последние вехи в продолжающемся споре о том, является ли Вселенная тонко настроенной и что это вообще значит.
Вселенная обладает множеством фиксированных свойств, таких как сила гравитации или космологическая постоянная - которая измеряет скорость расширения Вселенной - которые диктуют, как сформировалась Вселенная. Физики размышляли о том, почему эти величины такие, какие они есть, по крайней мере, в течение столетия и пытались найти научные ответы на этот вопрос на протяжении десятилетий.
Основываясь на теоретических моделях, некоторые ученые утверждают, что если бы одна из многих фундаментальных констант Вселенной была существенно иной, жизнь не смогла бы сформироваться. Это приводит к дилемме: если исчезающе маловероятно, что во Вселенной случайно оказались все нужные значения, необходимые для жизни, то почему все получилось именно так?
Несмотря на глубокие последствия этого вопроса, данная область все еще остается достаточно нишевой. "Большинство физиков не задумывались о тонкой настройке и даже не слышали о ней", - говорит Джерайнт Ф. Льюис, космолог и астрофизик из Сиднейского института астрономии при Сиднейском университете в Австралии, который не участвовал в подготовке доклада, - потому что "большая часть физики сосредоточена на этой Вселенной". Льюис является исключением: Он является соавтором книги 2016 года о тонкой настройке. По его словам, дискуссии носят поляризационный характер и быстро уходят корнями в философию, а не в науку.
Некоторых ученых не беспокоит это кажущееся совпадение. Для других идея "мультивселенной", ставшая возможной благодаря теории струн, стала популярным способом объяснить эту дилемму - если существует бесконечно много вселенных, то не должно быть ничего удивительного в том, что одна из них оказалась с подходящими условиями для жизни. Однако теория струн весьма спекулятивна, и некоторые ученые считают мультивселенную ненаучной, поскольку не видят способа проверить, существует ли она.
Теологи и даже некоторые ученые использовали аргумент о тонкой настройке, чтобы предположить, что Вселенная должна была быть создана для возникновения жизни. Но последние исследования в этой области предлагают другие альтернативы и говорят о том, что сама тонкая настройка может быть иллюзией, возможно, из-за недостатка масштабного взгляда при анализе потенциально различных вселенных. А некоторые ученые утверждают, что эта вселенная, хотя и породила жизнь, не является для нее оптимально дружественной.
"Возможно, все не так просто, как мы думали", - говорит Мириам Франкель, научный редактор журнала Conversation и журналист-фрилансер, написавшая доклад для Института фундаментальных вопросов. Когда погружаешься в эти большие вопросы, поражаешься, "как много на самом деле отсутствует в физике", - говорит Френкель. У физиков до сих пор нет хорошей "теории всего". Результаты прошлогоднего эксперимента Muon g-2, например, заставили некоторых ученых говорить о потенциальной, меняющей игру пятой силе природы.
Как бы ни была привлекательна для некоторых теория мультивселенной, на самом деле она лишь переносит дискуссию о тонкой настройке на более высокий уровень, пишет Френкель в своем докладе. Если мы живем в мультивселенной, то как она образовалась и как она была настроена на работу?
Отчет показывает, что "тонкая настройка не является решенной проблемой", - говорит Льюис.
Космологические константы непосредственно повлияли на формирование жизни через создание звезд и элементов, производимых звездами. Если вы измените фундаментальную величину, например, силу электромагнетизма, это изменит способ формирования звезд и потенциально остановит их производство углерода - необходимого ингредиента для жизни на Земле, говорится в докладе.
Однако некоторые звездные модели показывают, что звезды более универсальны, чем считали ученые, говорит Френкель, поэтому они могут быть способны создавать условия для жизни при различных универсальных значениях.
Также можно предположить, что жизнь может сформироваться без углерода, хотя доводы в пользу жизни на основе другого элемента, кремния, не являются убедительными. Ученые, как правило, ищут пути формирования жизни, подобной земной, но в конечном итоге они не знают, какая жизнь - возможно, неузнаваемая - могла бы сформироваться во вселенной с другой структурой.
Большинство исследований, посвященных изучению того, что происходит при изменении универсальной константы, сосредоточено только на одной константе за раз. Например, если сила гравитации слишком ослабнет или усилится, это не позволит сформироваться жизни в том виде, в котором мы ее знаем. Но последние данные показывают, что изменение нескольких констант вместе может с большей вероятностью привести к созданию работающей вселенной, давая возможность изменениям выровняться с другими изменениями, говорится в докладе.
Другие эксперименты намекают на то, что универсальная константа, связанная с расширением Вселенной, может меняться со временем - что означает, что на самом деле она вовсе не является постоянной. Если этот и подобные результаты подтвердятся, они подорвут всю концепцию тонкой настройки, говорится в докладе. Характеристики Вселенной, далеко не идеально настроенной изначально, будут постоянно, пусть и медленно, меняться.
В принципе, трудно сказать, насколько странной является наша Вселенная. "Как вы можете сказать, что эта вселенная странная, если мы не знаем, какой была бы типичная вселенная?" говорит Льюис.
На самом деле, возможно, мы никогда не получим прямых ответов на эти вопросы. "Я думаю, что то, как сейчас ведутся дебаты, на самом деле несколько сбивает с толку. Потому что я думаю, что фундаментальные вопросы не являются научными", - говорит Джейсон Уоллер, философ из университета Кеньон, написавший в 2020 году книгу об аргументах в пользу тонкой настройки.
Уоллер считает, что попытки объяснить тонкую настройку не учитывают главного факта: всегда будет существовать другой уровень для объяснения. Если за это отвечает мультивселенная, или симулированная реальность, или даже некая богоподобная сущность, мы все равно останемся перед тем же вопросом: Почему именно такое объяснение, а не какое-то другое?
Уоллера меньше волнует граница между наукой и философией, его больше интересует, что является истиной и как люди обосновывают свои идеи. "Если у нас нет научного доказательства или это спекулятивный вопрос, это не значит, что все ответы одинаково правдоподобны, - говорит он, - некоторые позиции будут более или менее вероятны".
Если не произойдет совершенно неожиданных открытий, которые перепишут наше понимание Вселенной, говорит он, в будущем "я думаю, что открытия будут скорее концептуальными, или философскими, чем научными".