Экология: биология взаимодействия. 2.17. (дополнение) Антропный парадокс

Українська (найновіша версія) / Русский язык (обновление прекращено)

2.16. (дополнение) Поиски жизни в Солнечной системе	Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия Глава 2. Биосферология	3.01. Экосистемы и биогеоценозы

2.17. (дополнение) Антропный парадокс

Когда ты стоишь один на пустом плоскогорьи, под
бездонным куполом Азии, в чьей синеве пилот
или ангел разводит изредка свой крахмал;
когда ты невольно вздрагиваешь, чувствуя, как ты мал,
помни: пространство, которому, кажется, ничего
не нужно, на самом деле нуждается сильно во
взгляде со стороны, в критерии пустоты.
И сослужить эту службу способен только ты.

Иосиф Бродский. «Назидание» (1987)

Изучая особенности отношений человечества со средой своего обитания, мы принимаем наше существование как состоявшийся факт. Могло ли быть иначе? Тем не менее, согласно современным взглядам, существование человечества, как и жизни на Земле вообще — результат соединения целого ряда благоприятных предрасположений. Это:

— большая масса Земли, достаточная для удержания около нее мощного слоя атмосферы, но не такая большая, чтобы эта атмосфера сгущалась, как на планетах-гигантах;

— сильное магнитное поле, отклоняющее космические частицы больших энергий;

— наличие большого количества воды в трех различных агрегатных состояниях, что стабилизирует климат;

— оптимально подобранная орбита (если бы была на 5% меньше или на 1% больше, жизнь была бы невозможна);

— активная литосфера, обеспечивающая протекание БГХ циклов;

— наличие исключительно крупного спутника — Луны, обеспечивающего приливы-отливы и т.д.

Соотношение диаметров Земли и Луны — 4/1, в то время, как диаметр Юпитера превосходит диаметр Каллисто в 20 раз, Сатурн больше Титана по диаметру в 30 раз, Марс больше Фобоса и Деймоса в 200 и 400 раз. Вероятнее всего, Луна была выбита из Земли вследствие так называемого Большого удара. Выясняется, что для того, чтобы удар вырвал из Земли существенных размеров кусок, тело, наносящее этот удар, должно иметь строго определенные параметры и наносить удар под строго определенным углом.

Удивительная особенность системы Солнце–Земля–Луна заключается в том, что при взгляде с земной поверхности Солнце и Луна кажутся небесными телами, которые имеют одинаковый размер. Это следствие случайного (а точно ли «случайного»?) соответствия их действительных размеров и расстояния от них до нашей планеты.

Функции Луны: обеспечение приливов-отливов, обеспечивающее возникновение приливных зон, необходимых для выхода жизни на сушу. Ее приливная тяга замедлила вращение Земли с 4 до 24 часов в сутки, причем вращение поверхности замедлилось в большей степени, чем вращение металлического расплавленного ядра. Это привело к тому, что Земля обладает мощным магнитным полем, защищающим живые организмы от космических лучей. Турбулентные процессы в ядре приводят к периодическому повороту магнитного поля на 180°, что, видимо, сыграло существенную роль в смене и развитии биоты (и возникновении, в конце концов, человека).

Наконец, надо отметить то, что необходимым условием нашего появления является огромная предыстория. Должны были смениться поколения звезд, чтобы материал, из которого образована Солнечная система, получил достаточное элементное разнообразие. Должна была пройти колоссальная по своей протяженности история биосферы, чтобы в ней возник наш вид. Чтобы сформировать нашу способность к осмыслению космологических проблем, должна была пройти величественная история развития человеческой культуры. 

Кроме того, надо вспомнить огромное количество удивительных совпадений, как кажется, можно обнаружить в соотношениях основных физических констант, характеризующих нашу Вселенную.

Для целого ряда космических постоянных удивительно часто встречающимся числом оказывается величина 1×10⁴⁰. Например, во столько раз сила гравитации меньше силы электрического взаимодействия, время Хаббла больше времени Комптона, а время Комптона — времени Планка. Примерно столько протонов в области Хаббла (наблюдаемой части Вселенной), а число всех частиц в типичной звезде примерно равно этому числу в степени ³/₂. Важно, что изменение этих характеристик могло привести к существенному изменению Вселенной. Если бы гравитационная постоянная была чуть больше, Вселенная коллапсировала бы, а меньше — разлетелась. Если бы число протонов было бы не 10⁸⁰, а, к примеру, 10⁸⁶, Вселенную ожидал бы коллапс, а 10⁷⁷ — не произошло бы образования галактик. Удачно подобрано соотношение числа протонов к числу электронов — примерно 10⁹ (эта величина может служить также мерой энтропии Вселенной), ведь существование Вселенной возможно только в промежутке значений от 10³ до 10¹¹. Ограничение еще жестче — небольшие изменения энтропии Вселенной повлияли бы на имеющееся соотношение количества ядер водорода и гелия (и всех других ядер), что помешало бы созданию сложных систем, состоящих из разнородных атомов. Наблюдаемое соотношение протонов и электронов — результат соотношения между материей и антиматерией в момент образования Вселенной (электроны рассматриваются как следы аннигилляции протонов и антипротонов). Симметрии в образовании вещества и антивещества не было, вещества образовалось на миллионную долю больше, причем размер этого превышения был очень удачен с точки зрения создания мира с наблюдаемыми свойствами. Замечательно подобраны соотношения количества и веса нейтрино; важно, что разница масс протона и нейтрона близка к массе электрона. Удачное соотношение числа протонов и нейтронов рассматривается как результат «магии чисел» в соотношениях главных физических констант: постоянной Больцмана, скорости света и т.д. (изложено по П. Дэвису, 1985).

Вероятность случайного совпадения всех этих космологических параметров, обеспечивших существование пространства-времени, материи, атомов, галактик и звезд по современным представлениям вообще ничтожна (многие из таких обсуждаемых соответствий здесь не названы). Видимо, есть факторы, неучитываемые в обычных космогонических моделях. Не будут ли эти факторы проявлять себя и в будущем, как-то влияя на потенциальную пригодность Земли для существования на ней человечества?

Изложенные парадоксы привели к формированию так называемого антропного парадокса (иные названия — принципа антропности, антропологического принципа). Этот принцип имеет остаточно долгую историю. Впервые его сформулировали в 1955 г. казахский астроном Григорий Идлис и российский физик Абрам Зельманов. Широкое распространение эта идея получила после того, как была выдвинута в 1973 году английским физиком Брэндоном Картером. 

Картер предложил антропный парадокс в двух формах: «сильной» и «слабой».

«Сильная» формулировка: «Свойства Вселенной таковы, каковы они должны быть для того, чтобы обеспечить существование человека». Альтернативный вариант: «Вот человек. Какой должна быть Вселенная?»

«Слабые» формулировки: «Мы являемся свидетелями процессов определенного типа потому, что другие процессы протекают без свидетелей»; «То, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей». Этот подход основан на неявном предположении о существовании других Вселенных, в которых не существует наблюдателей. Снимает ли предположение о существовании иных Вселенных парадоксальность бытия нашей Вселенной?

Особым вариантом «сильной» формулировки является антропный принцип участия, сформулированный в 1983 г. американским физиком Джоном Уилером: «Наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия». Квантовая неопределенность приводит к тому, что одновременно могут быть реализованы разные варианты развития событий, и только в результате взаимодействия с наблюдателем один из этих вариантов оказывается сбывшимся, т.е. обретшим бытие (как, например, в известном парадоксе «кота Шредингера»: кот, который погибнет в результате одного исхода квантового события и останется жив в результате другого, может быть одновременно и мертвым, и живым, пока наблюдатель не «зафиксирует» одно из этих состояний).

По аналогии с этими формулировками можно предложить «очень сильную», одним из возможных вариантов которой являтся и антропный принцип участия: «Существование Вселенной, человечества и каждого человека — взаимосвязанные части одного процесса». На настоящем этапе доказать это утверждение невозможно. Оно вовсе не предусматривает (хотя и не исключает) апелляции к Богу. Как минимум, оно отражает тесную связь между собственным бытием и возможностью познания Вселенной, отраженной в психике каждого человека («Cogito, ergo sum», «Мыслю — значит существую» — Рене Декарт). Парадоксальность предложенной «очень сильной» формулировки не больше парадоксальности нашего бытия.

 

2.16. (дополнение) Поиски жизни в Солнечной системе	Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия Глава 2. Биосферология	3.01. Экосистемы и биогеоценозы