Кроме того, нужно было предположить, что Вселенная изотропна, то есть она должна выглядеть одинаково, если смотреть из любого места в любом направлении. Эту идею усвоить несколько сложнее. В конце концов, едва ли мы вправе утверждать, что мир или Солнечную систему мы воспринимаем именно так – и даже межзвездное ночное небо полно крупных неоднородностей: возьмем хотя бы ленту Млечного Пути. Однако на масштабах намного крупнее нашей Галактики количество и расположение небесных тел в любом направлении должно быть более или менее одинаковым.
Впервые этот космологический принцип совместили с идеями Коперника в начале 50-х годов ХХ века, когда знаменитый физик австрийского происхождения Герман Бонди[32] применил словосочетание «космологический принцип Коперника» при обсуждении космологической модели под названием «теория стационарной Вселенной» (впоследствии было показано, что модель эта ошибочна).
Как следует уже из названия, теория стационарной Вселенной предполагает, что Вселенная вечна и не имеет ни начала, ни конца. Чтобы сделать эту модель более удобоваримой, Бонди провозгласил еще более строгий принцип: Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях для любого наблюдателя не просто в любом месте, но и в любой момент. Хотя теперь мы понимаем, что Вселенная наша отнюдь не стационарна, космологический принцип Коперника подкрепил общую идею, что наше место в космосе совершенно заурядно, в нем нет ничего выдающегося – ни в пространстве, ни во времени.
В середине ХХ века многие отрасли науки – от космологии до микробиологии и генетики – прогрессировали семимильными шагами, появилось несколько поколений необычайно авторитетных ученых. Однако становилось все очевиднее, что сама Вселенная эволюционирует, что она очень разнообразна, – и сразу несколько человек независимо отметили некоторые странные совпадения в значениях фундаментальных физических постоянных. Речь идет о числах, которые описывают, например, силу гравитации или массу субатомных частиц, а в особенности – оценивают возраст космоса. Между определенными сочетаниями этих чисел возникли неожиданные соотношения. Скажем, отношение гравитационной и электрической сил, в которое входят константы, описывающие силу гравитации, и массы и заряды электронов и протонов, примерно равно 10. Это число удивительно напоминает нынешнюю оценку возраста Вселенной, если выразить ее в атомных единицах времени (одна такая единица примерно равна 2´1039–17 с[33]) – первым на это указал физик Поль Дирак[34]. Но как же эти незыблемые константы связаны с возрастом Вселенной на данный момент?! В далеком – в космических масштабах – прошлом или будущем соотношение, разумеется, было бы уже другим. Более того, в другой момент по космическому времени, вероятно, сложились такие условия, которые исключали появление разумной жизни, поэтому заметить подобные совпадения было бы попросту некому! Это была довольно-таки мерзкая ложка дегтя в бочке меда принципа Коперника, поскольку из нее следовало, что в нашем нынешнем положении в пространстве-времени, а также в нынешних условиях во Вселенной все же есть нечто особое.
Последнее и решающее доказательство, что возраст Вселенной конечен, было получено в 1965 году, когда открыли всепроникающее микроволновое излучение, начало которому было положено в момент рождения космоса: это излучение – реликт высочайших температур при Большом Взрыве[35]. Подобные следы совсем иной Вселенной, которая когда-то была необычайно плотной и высокоэнергичной, – это не просто ложка дегтя в бочке меда. Это целое ведро дегтя в бочке меда принципа заурядности. А особенно ситуация обострилась в 1973 году, когда физик австралийского происхождения Брэндон Картер опубликовал свои соображения.
Картер – физик-теоретик, сыгравший важнейшую роль в развитии современных представлений о физике черных дыр, – вдохновлялся в своих изысканиях интересом к проблеме совпадений констант, возникшим у целого ряда коллег, в том числе у Джона Уилера и молодого Стивена Хокинга. Поэтому он решил затеять научную дискуссию именно на юбилейной конференции в Кракове, устроенной в честь пятисотлетней годовщины со дня рождения Коперника. В своем докладе Картер высказал идеи, которые бродили в умах многих физиков, ломавших голову над этими бросавшимися в глаза совпадениями. Картер углубился в проблему, задавшись вопросом, насколько иной была бы Вселенная, если бы изменилось несколько фундаментальных ее качеств – например, соотношение фундаментальных сил, скрепляющих вещество.
32
Герман Бонди (1919–2005), английский физик австрийского происхождения, в 1948 году вместе с Томасом Голдом и Фредом Хойлом работал над теорией стационарной Вселенной и сделал целый ряд важных открытий в астрофизике и теории относительности. Принцип Коперника описан в его книге Hermann Bondi, Cosmology (Cambridge: Cambridge University Press, 1952). Я имел удовольствие слушать его лекцию в Кембридже, когда был студентом-магистрантом. Лекция была чудесная.
33
Отношение электрической и гравитационной сил между электроном и протоном равно примерно 2 ´1039, но возраст Вселенной составляет примерно 4,4 ´1017 с, а атомная единица времени – 2,4 ´10–17 с, так что возраст Вселенной в этих единицах примерно равен 1,8 ´1034, что в 100000 раз меньше, чем отношение сил 2 ´103
34
Поль Дирак (1902–1984). Английский физик, выдвинувший первую состоятельную теорию релятивистской квантовой механики (за что и получил Нобелевскую премию в 1933 году совместно с Эрвином Шредингером). В 1937 году предложил «гипотезу больших чисел», указав на разнообразные «совпадения» в отношениях размеров Вселенной к размерам элементарных частиц, а также в отношениях сил различных масштабов.
35
Вначале Вселенная была раскалена, но по мере расширения она остывает. За 20 минут она остывает настолько, что становится возможным нуклеосинтез, и производятся ядра – дейтерий, гелий и немного лития. Примерно за 380 000 лет после Большого Взрыва она остывает уже настолько, что формируются атомы, в которых электроны комбинируются с протонами и этими простыми ядрами. Это происходит потому, что космологические фотоны уже не обладают энергией, достаточной, чтобы высвобождать электроны. И в результате эти фотоны носятся туда и сюда, но не взаимодействуют с веществом. С течением времени расширяющаяся Вселенная растягивает длину волны первичных фотонов (то есть остужает их). Сейчас, 13,8 миллиардов лет спустя, они уже остыли до микроволновых температур и распространяются во всех направлениях, создавая море излучения – космический фон.