На первый взгляд кажется, что Вселенная должна быть совершенно безразлична к нашему сущест вованию. Ну какое ей дело до того, что на одной из ее бесчисленных «песчинок» обитает мыслящее суще­ство — человек, пытающийся позна ть се законы? Конечно, раз уж он существует, то условия во Вселенной должны допускам ь ei о существо­вание Но для человека, как мы уже подчеркивали в предыдущем па­раграфе, важны не просто допустимые условия, а условия, нсобходгг мые для его возникновения и его жизни. Связаны ли эти условия с существенными чертами Вселенной (как это имеет место для обитае­мой планеты) или они определяются какими-то второстепенными параметрами, совершенно несущественными для Вселенной в целом’ Кажется, что скорее должно иметь место последнее.

Вновь представим себе пашу оранжерею Предположим, что она рас­положена на острове 230 .тыс. км2. На севере и западе острова преобла­дает горный рельеф, на юго-востоке Paenojiai аются низменные равнины. Довольно густая сеть рек, много озер. Климат умеренный, океаничес­кий, влажный. Средняя температура января от 3 до 7 °С, июля 11-17 °С (читатель узнал, конечно, Великобританию, но это просто пример). Очевидно, условия на острове не препятствуют жизни растений в оран жерее. Но они не являются необходимыми для их жизни Площадь ост­рова может быть больше или меньше, горы могут быть пе на севере, а па юге или их, вообще, может не быть Климат может быть более суровым или более мягким. Внешний мир может быть устроен совершенно иначе, н все это никак Lie скажется па жизни растений. Ьсли бы они могли мыслить и задались бы, подобно нам, вопросом — в какой мере условия в их Мире связаны с их существованием, то вынуждены были бы при­знать, что главные, существенные черты их Мира никак ие связаны с фактом их существования Кажется, что такое же заключение должны сделать и мы с вами по отношению к нашей Вселенной.

"’1 Маркс Г. Цт работа, с 80.

Действительность, однако, оказалась иной. В 1958 г. советский астрофизик Г. М. Идлис, анализируя условия во Вселенной, поста­вил следующий вопрос: «почему наблюдаемая нами чаегь Вселенной представляет собой расширяюн^юся систему галактик, состоящих из звезд с обращающимися вокруг них планетами, на одной из которых обитаем мы? Нельзя ли решить этот вопрос исходя из самого фткта нашего существования?»[113]. На основе проведенного анализа он при­шел к выводу, что основные черты наблюдаемой нами астрономичес­кой Вселенной являются характерными для обитаемой Космической Системы, поскольку они (довольно неожиданный вывод!), оказыва­ется, необходимы для жизни. Иными словами, Космическая Система может стать обитаемой лишь в том случае, если она включает в себя планеты, обращающиеся вокруг звезд, состлвляющих звездные систе­мы с параметрами, соответствующими параметрам типичных галак­тик. Причем эти звездные системы («галактики») должны входить в расширяющуюся систему более высокого ранга («метагалактику»), свойства которой, подобно нашей Метагалактике, описываются ре­лятивистскими космологическими моделями. То есть обитаемая Кос­мическая Система должна обладать структурными и динамическими свойствам] [, присущими нашей Метагалактике.

Это обстоятельство позволяет понять, почему наш мир таков, как он есть, почему наблюдаемая Вселенная обладает отмеченными выше свойствами. Согласно Г" М. Идлису, это объясняется тем, что мы наблюдаем заведомо не произвольную область (вообще говоря, бесконечной) Вселенной, а ту. в которой существует познающий эту Вселенную человек (наблюдатель) и в которой, следовательно, реа­лизовались условия, необходимые для сто жизни. А. Л. Зельманов сформулировал это положение в виде следующего афоризма: «Мы являемся свидетелями процессов определенного типа потому, что процессы другого типа протекают без свидетелей»[114]. В этой связи он указывал, например, на красное смещение как один из факто­ров, благоприятствующих возникновению и развитию жизни; в то время как смена расширения сжатием со временем привела бьг к таким условиям, которые сделали бы жизнь невозможной.

Дальнейшее развитие этих идей позволило установить еще более глубокую связь между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и наличием в ней жизни (и человека). Необходимость такой связи ясно осознавал еще К Э. Циолковский. «Тот космос, который мы знаем, — писал он, — не может быть иным», поскольку челове­ческое существование не случайно, а имманентно космосу[115]. В рабо тах Идлиса и Зельманова эта идея была наполнена конкретным аст­рономическим содержанием. Речь шла о наблюдаемых астрономи ческих свойствах Вселенной, и обнаруженная связь относилась к наблюдаемой области Вселенной. В дальнейшем эта связь была рас­пространена как на наблюдаемые, так и на теоретические свойства Вселенной в целом, а не только ее наблюдаемой части. И (что осо­бенно важно!), оказалось, — не только астрономические свойства Вселенной, но и фундаментальные физические параметры мате риального мира тесно связаны с наличием во Вселенной жизни и человека.

Рассмотрим вначале астрономические свойства Вселенной. Одним из важнейших астрономических свойств является средняя плотность вещества во Вселенной. Как мы видели в предыдущей главе, средняя плотность близка к критической, и это находит объяснение в рамках инфляционной модели Вселенной. Любопытно однако то, что в оби­таемой вселенной и не могло быть иначе. Действительно, если сред няя плотность вещества много меньше критической, го тормозящее действие гравитации мало •— Вселенная расширяется очень быстро, и при такой скорости в ней не могут сформироваться гравитационно связанные системы — галактики, звезды, планеты, которые необхо­димы для возникновения жизни. С другой стороны, если средняя плотность много больше критической, то тормозящее действие гра­витации очень велико, расширение быстро сменяется сжатием, и вре мя жизни т акой Вселенной (длительность цикла расширения-сжат ия; оказывается слишком мало, много меньше, чем требуется для возник­новения жизни и тем более эволюции ее до стадии человека. Таким образом, в обитаемой Вселенной средняя плотность вещества дсшж на быть близка к критической. Тогда скорость расширения будет не столь велика, и во Вселенной смогут сформироваться звезды и пла негы. В то же время длительность стадии расширения будет достаточ­на для возникновения и эволюции жизни.

С критической плотностью связана изот ропия Вселенной — важ­нейшее свойство, которое постулировалось в модели Фридмана и которое получило экспериментальное подтверждение в наблюдае­мой изотропии реликтового излучения. Возникает, однако, вопрос: как объяснить это свойство Вселенной? Можно ли, не постулируя, вывести это свойство теоретически? С. Хокинг показал, что наблю даемую изотропию можно объяснить в том случае, если плотность вещества с большой точностью совпадает с критической. Но гак как это условие связано с существованием жизни во Вселенной, то и изотропия также оказывается связана с жизнью. То есть обитаемая Вселенная с необходимост ью должна быт ь изотропной

Перейдем теперь к такой фундаментальной характеристике Все­ленной, как размерность физическою пространства. Почему фи­зическое пространство трехмерно’ Прежде всего человек сам трех­мерное существо, поэтому он не может сущсствовать в пространстве одною или двух измерений. Предположим, существуют какие-то одномерные или двумерные миры. Мы могли бы мысленно изу­чать их свойства, но жить в этих мирах, наблюдать их изнутри мы не можем. Возможно, какие то экзотические (с нашей точки зре­ния) одномерные и двумерные существа могут обитать в этих ми­рах. Но человек обитать в них не может. Наша Вселенная не может быть ни одномерной, пи двумерной. Но ос тается еще Mtioi D других возможностей. Ведь пространство могло бы иметь больше трех из­мерений. Почему же тогда физическое пространство трехмерно, а например, не пятимерно? Чтобы ответить на этот вопрос, посмот­рим, как видоизменяются физические законы с изменением раз­мерности прост ранствл.

В нашем трехмерном. мире сила взаимодействия двух электрических зарядов убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними (закон Кулона). То же самое относится к силе взаимодействия двух тяготеющих масс (закон всемирного тяготения) Выражение для силы можно записать в виде F, = /л/г; /_>, — коэффициент пропорциональнос­ти, зависящий от произведения взаимодействующих зарядов (или масс), а индекс 3 указывает па то, что формула относится к трехмерному про странсгву. Как связан закон обратных квадратов с размерностью про стране гва’ Напряженность поля, или енла, действующая па пробный за­ряд в данной точке, на расстоянии г от заряда, создающею поле, опреде­ляется плотностью силовых лнннй, т е. числом линий, проходящих через единицу поверхности в точке наблюдения, Очевидно, что эта величина Равна полному потоку силовых линий, исходящему из заряда, деленному на поверхность сферы радиуса г. Идя трехмерного евклидова простран­ства площадь сферы равна 4NR~, поэтому сила пропорциональна г-2. В пространстве N измерений площадь сферы пропорциональна RN~X. Следо­вательно, сила будет пропорциональна 1/ RN~[: FN = BN/RN‘1.

Анализ движения тел под действием такой силы был выполнен П. Эренфесгом в 1917 г. Он показал, что при N> 4 в задаче двух тел не существуют замкнутые устойчивые орбиты’73. Если мы рассмот­рим, например, планету и Солнце в 4 мерном пространстве (а также в пространстве бо шшего числа измерений), то планета в таком про­странстве не будет вращаться вокру1 Солнца по устойчивой круговой (или эллиптической) орбите она либо упадет на Солнце, либо уйдет в бесконечность Значит, в таких мирах не существует аналогов пла­нетных систем и атомов[116]. А следовательно, в них не может суще­ствовать жизнь, построенная па молекулярном уровне. Какие-то ги­потетические «полевые» формы жизни могли бы существовать в та­ком мире, но человек «из плоти и крови», человек в его физическом теле, сос оящем из сложных органических молекул, не может суще­ствовать в пространстве более чем трех измерений. Казалось бы, увс личение размерности пространства должно от крыть новые возмож­ности для построения все более сложных структурных образований атомной природы. Но выяснилось, что это не так.

С другой стороны, при N-1,2 сила взаимодействия падает с расстоянием слишком медленно Поэтому какую бы скорость ни придать заряду, он не сможет уйти из поля притяжения центрально­го тела, он как бы находится в глубокой ^бесконечно глубокой) потенциальной яме, и чтобы извлечь его оттуда, надо затратить бес­конечно большую энергию. Следовательно, в таком пространстве не существовало бьт свободного движения тяготеющих масс, и в его («одномерных» или «двумерных») атомах не могли бьт происхо­дить процессы ионизации. В таком мире не существовали бы про­цессы возникновения и распада, процессьт обмена, характерные для жизни. Только в трехмерном мире возможно возникновение слож­ных молекулярных структур, обладающих способностью к обмену, изменчивости, эволюции.

Понятно теперь, почему мы живем в трехмерном мире: в другом мире мы просто не могли бы существовать. Это относится не толь­ко к человеку, но и к любому разумному существу с телом, представ­ляющим собой сложную структуру, построенную из атомов.

Следующий шаг в исследовании отношения «человек-Вселенная» связан с фундаментальными физическими константами.