Вселенные-ловушки и нарушение антропного принципа

Многие особенности нашего мира мы принимаем как нечто само собой разумеющееся. Через тернии — к звездам! Но что, если на одном из этапов путь оказывается перекрыт? Что, если некоторые ступени эволюции, пройденные в нашем мире, в альтернативной вселенной в принципе недоступны?

Под альтернативной вселенной я буду понимать либо нашу вселенную с иными параметрами Стандартной модели, либо мир с другими законами физики. Такой подход сам по себе очень интересен; я называю его «физикой наоборот». Существует «математика наоборот» (reverse mathematics): она не столько доказывает теоремы, сколько выясняет, какие системы аксиом необходимы для доказательства того или иного утверждения и, как правило, насколько слабыми могут быть эти системы. Физика наоборот напоминает конструктор: мы меняем законы и смотрим, загораются ли звезды, какой оказывается химия, может ли возникнуть жизнь и какой она будет.

Вселенной-ловушкой я называю мир, в котором эволюция заходит в тупик и не может продолжаться. Как на картинке, на ее пути возникают знаки СТОП, которые невозможно обойти. Левее расположен еще один знак: там не зажглись звезды. Мы рассмотрим и этот случай.

А пока обратите внимание на знак СТОП перед дельфином. Дельфины почти разумны. По-видимому, возникновение разума не представляет для эволюции непреодолимой трудности: он развивается у людей, слонов, дельфинов, врановых и даже осьминогов. Человек просто обогнал остальных. На другие шаги — появление фотосинтеза, эукариот и многоклеточных организмов — потребовались сотни миллионов и даже миллиарды лет.

А теперь представьте, что первыми вперед вырвались дельфины. Каким бы умным ты ни был, под водой костер не разведешь.

Ни железо, ни медь не выплавить, а значит, не построить сложную систему, для которой нужны разные материалы. У осьминогов, кстати, положение еще печальнее: они даже не могут передать знания потомству, поскольку не застают его живым. Дельфины, возможно, могли бы выйти на сушу… если бы она вообще существовала. На планете-океане такой возможности нет. Статья по теме: A Bayesian Analysis of Technological Intelligence in Land and Oceans — IOPscience

У знаков СТОП может быть разная природа. Случай с дельфинами — это Environmental блок, то есть ограничение среды: необходимые физические возможности существуют, но эволюция не может ими воспользоваться. Второй тип — bootstrap блок, невозможность «раскрутиться», вытащить себя за волосы. Например, в буквальном смысле — отправиться в космос.

Как видно на картинке, нам еще очень повезло. Чуть левее — и мы, подобно Марсу, могли бы лишиться атмосферы. Чуть правее находятся суперземли, для которых предел возможностей — легкие спутники весом в несколько килограммов, причем на их запуск приходится тратить тонны топлива. Еще правее ловушка становится почти смертельной: обитателям суперземли остается лишь ждать, пока их звезда превратится в гиганта и сожжет планету. Статья по теме: Spaceflight from Super‑Earths is difficult | International Journal of Astrobiology | Cambridge Core

Последний тип ограничений — фундаментальный: когда что-либо запрещено самими законами физики. Кстати, мы не знаем, не скрывается ли справа от нас знак СТОП, которого мы пока не замечаем.

И все же дела обстоят совсем неплохо. Даже очень неплохо. Вот одна из немногих работ по физике наоборот — [hep‑ph/0604027] A Universe Without Weak Interactions. Ее авторы исследуют вселенную без слабого взаимодействия и нейтрино, где из соответствующих частиц остаются только электрон и кварки u, d, s. Звезды в ней загораются: хотя реакция p+p не работает, горение дейтерия, которого оказывается много, позволяет почти восстановить привычный процесс звездообразования. Сверхновых там меньше, а элементы тяжелее Z=72 почти не образуются. Зато существующие элементы гораздо разнообразнее: у них больше стабильных изотопов, в том числе экзотических, например водорода с тяжелыми адронами, нестабильными в нашем мире.

Возможна ли жизнь в таком мире? Наверняка. Более того, присмотримся к химии нашей вселенной:

Шесть элементов служат строительными блоками жизни. Есть и другие чрезвычайно важные элементы: в процентном отношении их немного, но без них не обойтись. Светло-желтым отмечены элементы, которые, насколько известно, включены в биохимию тех или иных существ. Среди них даже уран. Впрочем, нам от этого ни жарко ни холодно.

Большую часть таблицы жизнь не использует. Значительная доля этих кубиков словно оставлена нам «на вырост», для более сложных игр: сверхтекучий гелий, цезий для атомных часов, неодим для магнитов, галлий для светодиодов, уран для бомб и не только для них. Причем пригоден для этого лишь один изотоп, который распадается быстро, но достаточно медленно, чтобы мы успели выделить его из природного урана.

Получается, наверняка существует множество вселенных, которые проще нашей и при этом пригодны для жизни. Или хотя бы способны вместить самосознающие структуры. В нашей вселенной ощущается огромная избыточность: ее физические законы словно созданы «на вырост».

Но позвольте!

Ведь это противоречит антропному принципу! В статье о Weakless Universe осторожно говорится, что уровень электрослабого взаимодействия не ограничен антропным принципом. На мой взгляд, последствия серьезнее: если из вселенной можно убрать целый строительный блок и все же получить более простой, но работоспособный мир, значит, наша вселенная определенно не является минимально простой. Возможно, она значительно сложнее необходимого минимума. А это полностью обесценивает антропный принцип — по крайней мере, в привычном нам виде. Это также наносит удар по теории суперструн с ее 10**500 вакуумов, среди которых предлагается выбрать любой, ссылаясь на «антропный принцип».

Источник