Жизнь – это случайность во времени и пространстве

Жизнь в космосе – это большая редкость: лишь небольшая часть материи существует в ее живой форме, пишет The Atlantic. Жизнь также стремительна и с точки зрения времени. Недавние научные исследования показали, что наше существование – это всего лишь случайность, один бросок космических костей.

Алан Лайтман (Alan Lightman)

Как и многие другие жители планеты Земля, я с замиранием сердца разглядывал первые снимки, сделанные космическим телескопом "Джеймс Уэбб": кружевные завитки галактик, нити туманностей абрикосового цвета, остатки взорвавших звезд. Менее живописной, но все равно совершенно революционной частью миссии "Уэбба" является поиск признаков жизни на других планетах Вселенной. Космический телескоп методично выполняет это свое важнейшее задание, анализируя свет звезд, который преломляется, проходят через атмосферы далеких планет. Каждая молекула оставляет свой собственный неповторимый след в луче света, и некоторые молекулы, такие как кислород, диоксид углерода и метан, могут свидетельствовать о присутствии неких форм жизни на планете, через атмосферу которой струится свет далеких звезд. "Уэбб" уже обнаружил признаки присутствия диоксида углерода в атмосфере как минимум одной экзопланеты.

Учитывая, что в нашей галактике находятся миллиарды планет, а в видимой части Вселенной находятся миллиарды таких галактик, мало кто из ученых верит в то, что только наша планета является обитаемой. Тем не менее, обнаружение убедительных свидетельств существования живых существ где-либо еще в космосе оказало бы глубокое эмоциональное и психологическое воздействие и имело бы философское и теологическое значение. Такое открытие заставило бы нас, людей, пересмотреть некоторые из наших фундаментальных убеждений: как мы определяем "жизнь"? Каковы возможные разновидности жизни? Откуда взялись мы, живые существа? Существует ли какое-то космическое сообщество?

На самом деле недавние научные исследования показывают, что жизнь во Вселенной встречается очень редко. Несколько лет назад, используя данные со спутника "Кеплер" для оценки количества звезд с потенциально обитаемыми планетами, я подсчитал, что, даже если на всех потенциально обитаемых планетах действительно есть жизнь, доля живой материи во Вселенной чрезвычайно мала – около одной миллиардной одной миллиардной. Это как несколько песчинок в пустыне Гоби. То есть мы, живые существа, представляем собой результат совершенно особой организации атомов и молекул.

Жизнь может оказаться еще более редким явлением. В середине 1970-х годов австралийский физик Брэндон Картер (Brandon Carter) указал на то, что наша Вселенная достаточно тонко настроена для того, чтобы в ней зародилась жизнь. К примеру, если бы сила атомного соединения, удерживающая ядра атомов вместе, была бы чуть слабее, тогда сложные атомы, необходимые для появления жизни, вообще не появились бы. Если бы это притяжение было чуть сильнее, весь водород в только что зародившейся вселенной сжался бы и превратился бы в гелий. Без водорода не было бы воды, а большинство биологов считают, что вода необходима для жизни. Еще один пример тонкой настройки: если бы наблюдаемая "темная энергия", наполняющая космос (ее обнаружили в 1998 году), была немного больше, чем она есть на самом деле, Вселенная расширялась бы так быстро, что материя никогда не сумела бы собраться вместе, чтобы могли возникнуть звезды – важнейший источник всех сложных атомов, которые считаются необходимыми для жизни. Но при чуть меньшем количестве 
темной энергии Вселенная расширилась бы и снова сжалась бы так быстро, что звезды тоже не успели бы сформироваться.

Мысль Картера о том, что наша Вселенная тонко настроена для того, чтобы в ней могла зародиться жизнь, получила название антропного принципа. Важнейший вопрос, который этот принцип поднимает, –почему. Почему Вселенную должно волновать, есть ли в ней живая материя? Теологический ответ на данный вопрос – это космическая форма разумного замысла: наша Вселенная была создана всемогущим творцом, который хотел, чтобы в ней была жизнь. Другое, более научное объяснение – что наша Вселенная представляет собой лишь одну из огромного числа вселенных, называемых мультивселенными, которые имеют широкий диапазон значений силы атомного соединения, количества темной энергии и многих других фундаментальных параметров. В большинстве этих вселенных значения этих параметров не попадают в те узкие диапазоны, которые обуславливают возникновение жизни. И мы живем в одной из таких "дружественных жизни" вселенных, потому что в противном случае нас бы попросту не было и мы не задавали бы этот вопрос. Наше существование и сама наша Вселенная – это всего лишь случайность, один бросок космических костей.

Такая же логика могла бы объяснить, почему на планете Земля сформировались благоприятные для жизни условия – вода в ее жидком состоянии, умеренные температуры (по крайней мере пока), большое количество кислорода, необходимого для метаболизма высокого порядка. Очевидное объяснение – что существует множество планет, даже в нашей Солнечной системе, где нет воды, нет кислорода в атмосфере и где температуры не такие благоприятные. И на этих планетах жизни нет. А мы тем временем живем на Земле, строим дома, пишем романы и задаемся вопросами о нашем существовании, потому что мы находимся на одной из очень немногих планет, где условия благоприятны для жизни. Коротко говоря, живая материя не только является редкостью для нашей собственной Вселенной, но и, кажется, вовсе не существует в большинстве возможных вселенных.

В тот момент, когда Картер опубликовал свою статью, я только закончил свою дипломную работу и занимался исследованиями в области астрофизики в Корнельском университете.

В течение двух лет, которые я провел в Корнелле, я жил в квартире с большим панорамным окном, выходившим на озеро Каюга. Каждый день озеро выглядело по-новому, словно его нарисовал новый художник. Я часто проводил часы, которые должен был тратить на обдумывание уравнений, глядя на озеро, на его меняющиеся цвета и текстуры.

В Корнелльском университете я познакомился с несколькими титанами науки, такими как Эдвин Солпитер (Edwin Salpeter), Томас Голд (Thomas Gold) и Ханс Бете (Hans Bethe). Голда, астрофизика-теоретика и биофизика, родившегося в Вене в 1920 году, я узнал довольно хорошо. Томми не был особенно силен в математических расчетах, но был блестящим и смелым интуитивистом. Круглолицый, румяный, с широкой улыбкой, он почти обо всем имел собственное твердое мнение и не стеснялся бросать вызов научному истеблишменту. Он умел быстро накидывать новые идеи, как дротики в мишень. Большинство из них летели мимо цели, но не все.

В 1948 году Голд объединился с другими астрофизиками, чтобы бросить вызов теории Большого взрыва. Они выдвинули свою контртеорию, получившую название космологической "теории стационарного состояния". Согласно этой гипотезе, у Вселенной никогда не было начала. Она со временем не меняется, хотя и расширяется благодаря постоянному формированию новой материи. Теория стационарного состояния в конечном счете оказалась ошибочной. В 1968 году Голд совершенно обоснованно предположил, что недавно обнаруженные пульсирующие радиоволны из космоса представляют собой результат быстрого вращения нейтронных звезд. В 1970-х годах Голд утверждал, что нефть на планете Земля не возникла в результате разложения органического материала, как считает большинство геологов, а находилась глубоко под поверхностью уже тогда, когда планета только сформировалась. Он даже убедил Шведскую национальную энергетическую компанию пробурить глубокую разведочную скважину в метеоритном кратере. Анализ извлеченных пород дал весьма спорные результаты, 
и компания обанкротилась.

Я очень хорошо помню, как я стоял в кабинете Томми и пытался решить задачу с уравнениями, написанными на доске, когда он раздраженно оттолкнул меня и произнес правильный ответ – просто визуализировав задачу в голове. Большинство ученых тоже обладают такой "физической интуицией", но масштабы интуиции Томми были поистине ошеломляющими.

У Томми также были золотые руки. Однажды он показал мне красивый трехногий стул, который он сам спроектировал и сделал, и объяснил, что все стулья должны быть именно такими. Даже если три ножки разной длины, стул все равно будет устойчиво стоять на полу, потому что три точки (концы ножек стула) всегда образуют уникальную плоскость (пол). Добавьте четвертую ногу – четвертую точку – и, если ее не обрезать точно до нужной длины, ее конец не будет лежать в той же плоскости, что и первые три. В результате стул будет качаться взад и вперед между своими четырьмя ножками, потому что концы любых трех из них будут лежать в плоскости пола, а четвертая – нет. Другими словами, три ножки допускают только один вариант положения стула, а четыре допускают несколько таких вариантов.

Вспоминая трехногий стул Томми, я понимаю, что это была идеальная метафора той единственной и уникальной вселенной, о которой мечтало большинство ученых. Физикам, особенно физикам-теоретикам, хотелось бы думать, что существует только одна возможная вселенная, соответствующая фундаментальным законам природы, – как единственно возможное решение кроссворда или стул с тремя ножками. Если это так, мы сможем вычислить, почему наша Вселенная обязана быть такой, какая она есть.

Вероятность того, что существует множество других вселенных с иными свойствами, множество других вариантов для тех же фундаментальных законов природы, вызывает глубокую тревогу у многих ученых. Это как зайти в обувной магазин и обнаружить, что вам одинаково хорошо подходят размер 3, размер 6 и даже размер 11.

Современные физики гордятся тем, что они способны вычислить что угодно, опираясь на "первые принципы", то есть всего на несколько фундаментальных законов. К примеру, физик может рассчитать, как быстро мячик ударится об пол, если его бросить с высоты трех футов, с помощью закона сохранения энергии: общая энергия в замкнутой системе постоянна, хотя эта энергия может изменять форму. Закон сохранения энергии, в свою очередь, вытекает из еще более глубокого принципа, называемого "стационарностью" – законы природы не меняются с течением времени.

С помощью основных законов физики смогли рассчитать цвет неба, точные орбиты планет, силу магнетизма в электроне и многие другие явления. Но, если существует множество различных вселенных, подчиняющихся одним и тем же исходным принципам и законам, то фундаментальная природа нашей вселенной не поддается исчислению. Некоторые основные свойства нашей Вселенной должны быть случайными. Физики очень не любят случайности. Если случайностей слишком много, это значит, что ничего предсказать невозможно. Каталки начнут внезапно взлетать в воздух. В некоторые дни солнце может взойти, а в другие – нет. Мир станет пугающим местом.

Есть еще один тревожный аспект касательно идеи мультивселенной. Даже если это множество вселенных действительно существует, вполне может оказаться, что способов доказать или опровергнуть их существование попросту нет. Согласно определению, вселенная – это замкнутая область пространства и времени, которая не может отправить сигнал в другую такую область даже в бесконечном будущем. То есть одна вселенная не может коммуницировать с другой вселенной. Гипотетическое множество вселенных должно быть принято или отвергнуто на основании лишь веры. Подобно тому, как ученые не любят случайностей, они не любят, когда их заставляют верить в том, что они не могут доказать. Но мультивселенная и другие аспекты этого странного пространства, в котором мы находимся, могут быть не только неизвестны нам в данный момент, но и принципиально непознаваемы. Хотя эта идея идет вразрез с давней научной традицией, она подразумевает некоторую долю смирения, которое служит хорошим лекарством в любой профессии.

Не все ученые принимают гипотезу мультивселенной. Но одно можно сказать наверняка: жизнь в нашей Вселенной крайне редка. Я уже объяснял, что жизнь в космосе – это большая редкость: лишь небольшая часть материи существует в ее живой форме. Жизнь также редка и во времени, в долгой истории Вселенной. В какой-то момент в будущем, возможно, через несколько сотен миллиардов лет, после того как все звезды сгорят и все источники энергии будут исчерпаны, жизнь в нашей Вселенной прекратится – не просто жизнь, подобная земной, а жизнь в любых ее формах. "Эпоха жизни" пройдет.

Какой вывод мы должны сделать на основании этой мысли? Лично мне она дает ощущение близости со всеми живыми существами. Мы, живые существа, – всего лишь механизм, с помощью которого Вселенная может наблюдать за собой. Мы, живые существа, – всего лишь несколько песчинок в огромной пустыне. Мы результат особой расстановки атомов и молекул, и мы можем попытаться осознать и запечатлеть эту ослепительную картину существования. В некоторой степени мы, живые существа, придаем Вселенной смысл. Без нас космос был бы просто космосом.