Характеристика Вселенной как тонко настроенной призвана объяснить, почему известные константы Природы , такие как заряд электрона , гравитационная постоянная и т. д., имеют значения, которые мы измеряем, а не некоторые другие (произвольные) значения. Согласно гипотезе «тонко настроенной Вселенной», если бы значения этих констант слишком отличались от тех, которые они есть, «жизнь, какой мы ее знаем», не могла бы существовать. [1] [2] [3] [4] На практике эта гипотеза формулируется в терминах безразмерных физических констант . [5]
В 1913 году химик Лоуренс Джозеф Хендерсон написал «Пригодность окружающей среды», одну из первых книг, посвященных точной настройке Вселенной. Хендерсон обсуждает важность воды и окружающей среды для живых существ, указывая, что жизнь в том виде, в каком она существует на Земле, полностью зависит от очень специфических условий окружающей среды Земли, особенно от распространенности и свойств воды. [6]
В 1961 году физик Роберт Х. Дике заявил, что определенные физические силы, такие как гравитация и электромагнетизм , должны быть идеально настроены, чтобы жизнь существовала во Вселенной. [7] [8] Фред Хойл также выступал за тонко настроенную Вселенную в своей книге 1983 года «Разумная Вселенная» . [9] «Список антропных свойств, очевидных случайностей небиологической природы, без которых не могла бы существовать углеродная и, следовательно, человеческая жизнь, велик и впечатляющ», - писал Хойл. [10]
Вера в тонко настроенную Вселенную привела к ожиданию, что Большой адронный коллайдер предоставит доказательства физики, выходящей за рамки Стандартной модели , такие как суперсимметрия , [11] , но к 2012 году он не предоставил доказательств суперсимметрии на тех энергетических масштабах, которые он был способен чтобы исследовать. [12]
Физик Пол Дэвис сказал: «Сейчас среди физиков и космологов существует широкое согласие в том, что Вселенная в нескольких отношениях «точно настроена» для жизни». Но, продолжил он, «вывод заключается не столько в том, что Вселенная идеально приспособлена для жизни, сколько в том, что она точно приспособлена для строительных блоков и окружающей среды, необходимых для жизни». [13] Он также сказал, что « антропные » рассуждения не позволяют провести различие между минимально биофильными вселенными, в которых жизнь разрешена, но лишь минимально возможна, и оптимально биофильными вселенными, в которых жизнь процветает, потому что биогенез происходит часто». [14] Среди ученых, которые находят доказательства убедительными, были предложены различные естественные объяснения , такие как существование множественных вселенных , вносящих предвзятость выживаемости в соответствии с антропным принципом . [5]
Предпосылка утверждения о точной настройке Вселенной состоит в том, что небольшое изменение нескольких физических констант сделало бы Вселенную радикально иной. Как заметил Стивен Хокинг : «Законы науки, какими мы их знаем в настоящее время, содержат множество фундаментальных чисел, таких как размер электрического заряда электрона и соотношение масс протона и электрона... Примечательным фактом является то, что значения этих чисел, кажется, были очень точно скорректированы, чтобы сделать возможным развитие жизни». [4]
Если бы, например, сильное ядерное взаимодействие было на 2% сильнее, чем оно есть (т.е. если бы константа связи, представляющая его силу, была на 2% больше), а другие константы остались неизменными, дипротоны были бы стабильными; по мнению Дэвиса, в них вместо дейтерия и гелия будет синтезироваться водород . [15] Это кардинально изменило бы физику звезд и, по-видимому, исключило бы существование жизни, подобной той, которую мы наблюдаем на Земле. Существование дипротона могло бы привести к короткому замыканию медленного синтеза водорода в дейтерий. Водород будет плавиться так легко, что вполне вероятно, что весь водород во Вселенной будет израсходован в первые несколько минут после Большого взрыва . [15] Этот «аргумент дипротонов» оспаривается другими физиками, которые подсчитали, что пока увеличение силы составляет менее 50%, звездный синтез может происходить, несмотря на существование стабильных дипротонов. [16]
Точная формулировка идеи затруднена тем, что мы еще не знаем, сколько существует независимых физических констант. Стандартная модель физики элементарных частиц имеет 25 свободно регулируемых параметров, а общая теория относительности имеет еще один — космологическую постоянную , которая, как известно, не равна нулю , но очень мала по значению. Но поскольку физики не разработали эмпирически успешную теорию квантовой гравитации , не существует известного способа объединить квантовую механику, от которой зависит стандартная модель, и общую теорию относительности. [17]
Без знания этой более полной теории, предположительно лежащей в основе стандартной модели, невозможно окончательно подсчитать количество действительно независимых физических констант. В некоторых теориях-кандидатах число независимых физических констант может достигать одной. Например, космологическая постоянная может быть фундаментальной константой, но были также предприняты попытки вычислить ее из других констант, и, по словам автора одного из таких вычислений, «малое значение космологической постоянной говорит нам о том, что чрезвычайно точная и между всеми параметрами Стандартной модели физики элементарных частиц , голой космологической постоянной и неизвестной физикой существует совершенно неожиданная связь». [17]
Мартин Рис формулирует точную настройку Вселенной с помощью следующих шести безразмерных физических констант. [1] [18]
Макс Тегмарк утверждал, что если существует более одного временного измерения, то поведение физических систем невозможно надежно предсказать на основе знания соответствующих уравнений в частных производных . В такой вселенной не могла бы возникнуть разумная жизнь, способная манипулировать технологиями. Более того, протоны и электроны были бы нестабильными и могли бы распадаться на частицы, имеющие большую массу, чем они сами. (Это не проблема, если частицы имеют достаточно низкую температуру.) [23]
Более старым примером является состояние Хойла , третье по величине энергетическое состояние ядра углерода-12 , с энергией 7,656 МэВ над основным уровнем. [24] Согласно одному из расчетов, если бы уровень энергии государства был ниже 7,3 или выше 7,9 МэВ, углерода было бы недостаточно для поддержания жизни. Чтобы объяснить обилие углерода во Вселенной, состояние Хойла необходимо дополнительно настроить на значение между 7,596 и 7,716 МэВ. Аналогичный расчет, сосредоточенный на основных фундаментальных константах, которые порождают различные уровни энергии, приходит к выводу, что сильное взаимодействие должно быть настроено с точностью не менее 0,5%, а электромагнитное взаимодействие - с точностью не менее 4%, чтобы предотвратить либо производство углерода, либо производство кислорода значительно упадет. [25]
Некоторые объяснения тонкой настройки натуралистичны . [26] Во-первых, точная настройка может быть иллюзией: более фундаментальная физика может объяснить очевидную тонкую настройку физических параметров в нашем нынешнем понимании, ограничивая значения, которые эти параметры могут принять. Как выразился Лоуренс Краусс , «определенные величины кажутся необъяснимыми и точно выверенными, и как только мы их понимаем, они уже не кажутся такими уж точно выверенными. Нам нужно иметь некую историческую перспективу». [22] Некоторые утверждают, что вполне возможно, что окончательная фундаментальная теория всего объяснит основные причины кажущейся тонкой настройки каждого параметра. [27] [22]
Тем не менее, по мере развития современной космологии предлагались различные гипотезы, не предполагающие скрытого порядка. Одним из них является мультивселенная , в которой постулируется, что фундаментальные физические константы имеют разные значения за пределами нашей собственной вселенной. [28] [29] Согласно этой гипотезе, отдельные части реальности будут иметь совершенно разные характеристики. В таких сценариях появление тонкой настройки объясняется как следствие слабого антропного принципа и предвзятости отбора , в частности предвзятости выживаемости . Только те вселенные с фундаментальными константами, благоприятными для жизни, такие как наша, могут содержать формы жизни, способные наблюдать за Вселенной и в первую очередь размышлять над вопросом ее точной настройки. [30] Чжи-Вэй Ван и Сэмюэл Л. Браунштейн утверждают, что кажущаяся точная настройка фундаментальных констант может быть связана с нашим непониманием этих констант. [31]
Если Вселенная — лишь одна из многих и, возможно, бесконечных вселенных, каждая из которых имеет разные физические явления и константы, неудивительно, что мы оказываемся во Вселенной, гостеприимной для разумной жизни (см. Мультивселенная: антропный принцип ). Таким образом, некоторые версии гипотезы мультивселенной дают простое объяснение любой тонкой настройке, [5] в то время как анализ Ванга и Браунштейна бросает вызов мнению, что наша Вселенная уникальна в своей способности поддерживать жизнь. [31]
Идея мультивселенной привела к значительному исследованию антропного принципа и представляла особый интерес для физиков элементарных частиц , поскольку теории всего, по-видимому, действительно порождают большое количество вселенных, в которых физические константы широко варьируются. Доказательств существования мультивселенной пока нет, но некоторые версии теории делают предсказания, которым некоторые исследователи, изучающие М-теорию и утечки гравитации, надеются вскоре увидеть некоторые доказательства. [32] Лаура Мерсини-Хоутон утверждала, что холодная точка WMAP может предоставить проверяемые эмпирические доказательства существования параллельной вселенной . [33] Варианты этого подхода включают идею Ли Смолина о космологическом естественном отборе , экпиротической вселенной и теории вселенной-пузыря . [32] : 220–221
Было высказано предположение [34] [35] , что обращение к мультивселенной для объяснения точной настройки является формой обратной ошибки игрока .
Стивен Хокинг и Томас Хертог предположили, что начальные условия Вселенной состояли из суперпозиции многих возможных начальных условий, лишь небольшая часть из которых способствовала условиям, которые мы видим сегодня. [36] Согласно их теории, мы неизбежно находим «точно настроенные» физические константы нашей Вселенной, поскольку нынешняя Вселенная «выбирает» только те истории, которые привели к нынешним условиям. Таким образом, нисходящая космология обеспечивает антропное объяснение того, почему мы находимся во вселенной, в которой возможны материя и жизнь, не ссылаясь на онтическое существование Мультивселенной. [37]
Некоторые формы аргументов в пользу точной настройки формирования жизни предполагают, что возможны только формы жизни, основанные на углероде, — предположение, которое иногда называют углеродным шовинизмом . [38] Концептуально альтернативная биохимия или другие формы жизни возможны. [39]
Одна из гипотез состоит в том, что Вселенную создали инопланетяне . Некоторые считают, что это решило бы проблему того, как мог появиться дизайнер или команда дизайнеров, способная точно настроить вселенную. [40] Космолог Алан Гут полагает, что со временем люди смогут создавать новые вселенные. [41] Подразумевается, что предыдущие разумные существа могли породить нашу вселенную. [42] Эта идея приводит к возможности того, что сверхуниверсальные дизайнеры/проектировщики сами являются продуктом эволюционного процесса в их собственной вселенной, которая, следовательно, сама должна быть способна поддерживать жизнь. Это также поднимает вопрос о том, откуда взялась эта Вселенная, что приводит к бесконечному регрессу .
Теория Создателя Вселенной Джона Гриббина предполагает, что развитая цивилизация могла намеренно создать Вселенную в другой части Мультивселенной , и что эта цивилизация могла вызвать Большой взрыв. [43]
Гипотеза моделирования утверждает, что Вселенная точно настроена просто потому, что она запрограммирована таким образом людьми, похожими на нас, но более технологически продвинутыми. [44]
Грэм Прист , Марк Коливан , Джей Л. Гарфилд и другие выступали против предположения, что «законы физики или граничные условия Вселенной могли быть иными, чем они есть». [45]
Некоторые ученые, теологи и философы , а также некоторые религиозные группы утверждают, что за тонкую настройку ответственны провидение или творение . [46] [47] [48] [49] [50]
Христианский философ Элвин Плантинга утверждает, что случайная случайность, примененная к единственной вселенной, лишь поднимает вопрос о том, почему этой вселенной может быть настолько «повезло», что в ней есть точные условия, которые поддерживают жизнь хотя бы в каком-то месте (Земля) и времени (в пределах миллионов лет от настоящего).
Одна из реакций на эти кажущиеся огромными совпадения состоит в том, чтобы рассматривать их как подтверждение теистического утверждения о том, что вселенная была создана личным Богом, и как предлагающий материал для должным образом сдержанного теистического аргумента – отсюда и аргумент тонкой настройки. Как будто существует большое количество циферблатов, которые необходимо настроить в чрезвычайно узких пределах, чтобы жизнь в нашей Вселенной стала возможной. Крайне маловероятно, чтобы это произошло случайно, но гораздо более вероятно, что это произойдет, если есть такая личность, как Бог.
- Элвин Плантинга, «Замешательство Докинза: натурализм до абсурда » [51]
Философ и христианский апологет Уильям Лейн Крейг приводит эту тонкую настройку Вселенной как доказательство существования Бога или какой-то формы разума , способного манипулировать (или проектировать) базовой физикой , управляющей Вселенной. [52]
Философ и теолог Ричард Суинберн приходит к такому выводу, используя байесовскую вероятность . [53]
Ученый и теолог Алистер МакГрат отметил, что тонкая настройка углерода даже ответственна за способность природы настраивать себя в той или иной степени.
Весь биологический эволюционный процесс зависит от необычной химии углерода, которая позволяет ему связываться с самим собой, а также с другими элементами, создавая очень сложные молекулы, стабильные при преобладающих земных температурах и способные передавать генетическую информацию (особенно ДНК). . [...] Хотя можно утверждать, что природа создает свою собственную тонкую настройку, это может быть сделано только в том случае, если изначальные составляющие Вселенной таковы, что можно инициировать эволюционный процесс. Уникальный химический состав углерода является фундаментом способности природы самонастраиваться. [54] [55]
Физик-теоретик и англиканский священник Джон Полкингхорн заявил: «Точная антропная настройка слишком примечательна, чтобы ее можно было сбрасывать со счетов как просто счастливую случайность». [56]
Теолог и философ Эндрю Локе утверждает, что существует только пять возможных категорий гипотез, касающихся точной настройки и порядка: (i) случайность, (ii) регулярность, (iii) комбинации регулярности и случайности, (iv) беспричинная и (v) Дизайн, и только Дизайн дает исключительно логическое объяснение порядка во Вселенной. [57] Он утверждает, что Каламский космологический аргумент усиливает телеологический аргумент, отвечая на вопрос: «Кто создал Создателя?» [57]
Креационист Хью Росс выдвигает ряд гипотез, уточняющих ситуацию. [58] [59] Одним из них является существование того, что Росс называет «жизненно важными ядами»: [60] элементарных питательных веществ, которые вредны в больших количествах, но необходимы для жизни животных в меньших количествах.
Вопреки распространенному мнению, что небольшое увеличение силы сильного взаимодействия приведет к разрушению всего водорода в результате Большого взрыва из-за связывания дипротона и динейтрона с катастрофическими последствиями для жизни, какой мы ее знаем, мы показываем, что при увеличении константы сильного взаимодействия менее 50% остаются значительные количества водорода.
