Взгляд со стороны. Естествознание и религия

После открытия американским астрономом Эдвином Хабблом систематического расширения Вселенной возникла новая, неразрешимая для теоретической физики проблема: как объяснить возникновение первичных уплотнений материи, содержащих огромные массы вещества, из которых спустя миллиарды лет возникли наши галактики, или же такие флуктуации существовали всегда?

По мнению британо-американского астрофизика, специалиста по ранней Вселенной Джозефа Силка, обсуждение рождения галактик и звёзд носит весьма субъективный и умозрительный характер. Что же касается вопроса, что было до начала возникновения Вселенной, то, как говорил святой Августин, до творения существовал ад для тех, кто задаёт такие щекотливые вопросы. Предполагается, что современное расширение – один из многих циклов, через которые проходит закрытая Вселенная. Если это так, то неизбежно возникает новый вопрос: каким образом фаза сжатия переходит в последующую фазу расширения? Почему Вселенная столь изотропна и всегда ли она была такой в прошлом?[120].

Официальная позиция науки по вопросу возникновения Вселенной и зарождению в ней жизни конкретна, однозначна и категорична – всё, что доступно нашим наблюдениям, есть результат случайной реализации одного из многочисленных вариантов эволюции Вселенной.

Чтобы оценить вероятность случайного образования Вселенной, рассмотрим известную теорему о бесконечных обезьянах. Суть её в том, что абстрактная обезьяна, ударяя случайным образом по клавишам пишущей машинки в течение неограниченно долгого времени, рано или поздно напечатает любой наперёд заданный текст.

Теоретический расчёт показывает, что даже в том случае, если вся обозримая часть Вселенной будет заполнена обезьянами, печатающими на протяжении всего времени их существования, вероятность набора ими одного экземпляра книги «Гамлет» составит величину 1/10183800. Это невообразимое и реально ни с чем не сопоставимое по величине число. Английский математик Джон Литлвуд показал, что числа подобной величины остаются практически неизменными, даже если их возводить в квадрат[121].

Чисто формальный подход к рассматриваемой проблеме позволяет некоторым исследователям утверждать, что подобная ситуация вполне может реализоваться в природе. Причём бесконечное число раз[122].

В теореме об обезьянах присутствует один момент, на который, похоже, мало кто обращает внимание. По условию задачи мы сознательно исключили полную случайность при создании текста. Ограничив действия обезьяны начальными условиями – использованием пишущей машинки с набором клавиш из 26 букв английского алфавита, мы указали направление движения к цели. А из этого следует, что обезьяна, печатая на 26-клавишной машинке, работает по конкретной, наперёд заданной программе. В то же время сам процесс создания текста происходит случайным образом.

Вероятность наступления последующего события при условии, что предыдущее событие уже произошло, называется условной вероятностью и является одним из фундаментальных понятий теории вероятностей. По аналогии, применительно к рассматриваемой теореме, процесс случайного набора текста с заданными начальными условиями можно назвать направленной случайностью.

Элементы направленной случайности присутствуют в научном поиске при создании новой теории или решении неизвестной задачи. Можно полагать, что подобным образом в природе происходят и эволюционные процессы. Но, в отличие от обезьяньего творчества или научного поиска, в природе различные, в том числе и взаимоисключающие друг друга события протекают параллельно.

Изменим начальные условия и предоставим обезьяне машинку, где вместо букв будут все слова или все предложения, взятые из трагедии Шекспира. Несложно заметить, что это коренным образом повлияет на вероятность наступления события.

Если же обезьяна вместо 26 букв будет использовать неограниченное число символов, среди которых будут находиться и необходимые для создания осмысленного текста буквы, не только целое произведение, но и отрывок текста из «Гамлета» у неё едва ли получится напечатать в реальном времени. Для получения полностью случайным образом даже одной осмысленной фразы обезьяне нужно перебрать бесконечное количество вариантов из бесконечного количества символов. Как известно, корректно определить вероятность наступления такого события невозможно. Тем не менее предполагается, что жизнь на Земле возникла в результате подобного творения.

Расчёты показывают, что вероятность образования жизни на конкретной планете чрезвычайно мала и требует длительного времени. Если предположить, что жизнь на Земле возникла в результате случайного перебора бесчисленного количества вариантов, становится не совсем понятно, почему жизнь появилась на нашей планете одновременно с её остыванием (см. «Живая материя»). О происхождении жизни на Земле профессор геохимии из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе Марк Харрисон высказал следующее мнение: «Похоже, что жизнь на Земле возникла почти мгновенно с формированием планеты – судя по всему, живые существа возникают из не-жизни очень быстро, если есть все нужные для этого ингредиенты»[123].

По оценке признанного эксперта в эволюционной и вычислительной биологии, одного из ведущих мировых специалистов по происхождению жизни Е. В. Кунина, вероятность случайного зарождения жизни примерно равна 10–1081 (число атомов во Вселенной ≈1080). Вывод учёного однозначный: если не рассматривать Мультивселенную (множество реально существующих параллельных вселенных, включая и ту, в которой мы находимся), мы одни во Вселенной. Но в Мультивселенной даже самая ничтожная вероятность где-то обязательно будет реализована[124].

В азартных играх существует понятие «ошибка игрока», отражающее ошибочное восприятие случайности событий. Суть его в том, что игрок, как принято считать, из-за стрелы времени полагает, что исход последующего события связан с предыдущим событием, в то время как в теории вероятностей каждое событие рассматривается без учёта времени и, следовательно, независимо от других событий.

В том случае, когда, например, необходимо определить вероятность выпадения орла или решки n раз подряд на конкретном отрезке времени, картина принципиально меняется, и теория определяет вероятность события как (1/2)n.

Стрела времени не объясняет, почему игрок интуитивно предполагает, что после решки должен выпасть именно орёл, но не решка. На наш взгляд, это связано с тем, что, если есть выбор, мы отдаём предпочтение симметрии, интуитивно отождествляя её с порядком, равновесием, устойчивостью.

В природе симметрия распространена везде. Наблюдается она и в микромире. В эксперименте ALICE на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе учёные подтвердили фундаментальную СТР-симметрию между материей и антиматерией на уровне атомов – между ядрами и антиядрами дейтрона и гелия-3.

Согласно СТР-симметрии (С – от англ. Charge – «заряд»; Р – от англ. Parity – «чётность»; Т – от англ. Time – «время»), процессы в природе не меняются (симметричны) при одновременном проведении трёх преобразований:

а) замене частиц античастицами (зарядовая С-симметрия);

б) зеркальном отражении системы частиц относительно какой-либо плоскости, то есть замене координат r на –r (пространственная инверсия);

в) обращение вспять процесса, происходящего с элементарными частицами, то есть замене t на –t (обращение времени).

Известно, что в соответствии с законом возрастания энтропии все произвольно протекающие процессы в замкнутых системах однонаправленны и полностью асимметричны. Такие процессы не обладают устойчивостью и не приводят к самоорганизации систем. В то же время кратковременные флуктуации, возникающие в открытых или изолированных системах, находящихся в неравновесных состояниях, могут порождать самоорганизацию. Например, удар молнии в состоянии вызвать образование простых органических соединений, но почти все они будут разрушены кислородом и водой.

Вблизи критического состояния (точки бифуркации) система становится неустойчивой относительно флуктуаций. Возникает неопределённость: или система останется в хаотическом состоянии, или перейдёт на более высокий уровень упорядоченности. В этом случае, в привычном для нас понимании, общеизвестный закон больших чисел уже не работает.

По закону больших чисел при многократном подбрасывании монеты количество выпадений орла и решки всегда стремится к вероятности 0,5:0,5. Наблюдаемая закономерность, а также возможность её математического описания указывают на то, что для природы это не случайность. Случайность – характеристика нашего незнания всех факторов, которые влияют на происходящий процесс. Если ни один из факторов не доминирует, мы воспринимаем процесс как случайный. Но когда преобладание одного или нескольких факторов становится явно выраженным, например, при смещении центра тяжести монеты, для нас случайность выпадений орла или решки уменьшается. Применив для подбрасывания монеты специально сконструированную машину, которая будет задавать начальные условия для всех бросков, можно точно спрогнозировать результаты этих бросков, и случайность переходит в закономерность.

Рассмотрим парадокс Монти Холла – одну из задач теории вероятностей, решение которой противоречит интуитивному восприятию ситуации. Суть данный игры в том, что за тремя дверями находится автомобиль и две козы. Ведущий знает, где расположен автомобиль, а где козы. Игроку предлагается указать на дверь, за которой, по его предположению находится автомобиль.

После этого ведущий открывает одну из дверей, за которой находится коза, и предлагает игроку сменить первоначальный выбор. Оказывается, что после смены первоначального выбора вероятность выигрыша автомобиля возрастает с 1/3 до 2/3. И, если игрок первоначально выбрал проигрышную дверь, он выигрывает автомобиль.

Как правило, игрок рассуждает следующим образом: ведущий убрал проигрышную дверь, и вероятность выигрыша за двумя закрытыми дверями равна 1/2 вне зависимости от первоначального выбора. Сменять выбор двери нет причин.

Здесь рассуждения игрока также основаны на предпочтении симметрии при выборе. Поскольку в данном случае симметрия уже существует (выигрышный и проигрышный варианты), менять её не имеет смысла.

В игре присутствуют открытые информационные системы (игрок и ведущий), которые обладают взаимосвязанной информацией и взаимодействуют как друг с другом, так и с включёнными в игру физическими объектами. Для организатора игры существует объективная реальность – ему точно известна информация о физических объектах, в то время как для игрока эта информация известна с определённой вероятностью.

Игрок может произвести «измерение», произвольно вскрыв одну из двух оставшихся дверей, и узнать точное местонахождение автомобиля. Но своими действиями он нарушит правила игры и вызовет её разрушение. В таком случае, будет ли установлена подобного рода «измерением» объективная реальность, если действия участника игры разрушили игру? И не напоминает ли чем-то данная ситуация измерение в квантовой механике?

Во взаимосвязанных информационных системах, в которые включены физические объекты, изменение состояния физического объекта оказывает непосредственное влияние на информационную систему. Существует раздел между тем, что есть в действительности и что известно об этой действительности. Законы физического мира и законы информационного мира оказывают непосредственное влияние друг на друга и должны рассматриваться как дополняющие друг друга.

При измерении квантовых объектов происходит информационный обмен между квантовой системой и окружающей средой, разрушающий когерентную квантовую суперпозицию, поэтому установить объективную реальность в квантовом мире путём измерения невозможно. Подобное явление наблюдается и при попытке узнать духовное состояние человека, которое изменяется при любом вмешательстве в психику испытуемого.

Происходящие в подсознании человека информационные процессы принято называть неосознанным мышлением. В отличие от осознанного дискретного мышления, при котором последовательно отслеживается весь мыслительный процесс, такое мышление неконтролируемо, а его скорость огромна. Неосознанное мышление одновременно использует огромный массив информации, из которого выделяет некое состояние или образ. Образ невозможно выразить в виде последовательности дискретных символов. Не поддаётся он и переводу на язык слов.

Предполагается, что наш далёкий предок использовал в основном образное мышление, но при этом его интеллект не уступал интеллекту современного человека. Если кто сомневается в интеллектуальных способностях нашего предка, пусть применив все свои знания и используя доступные доисторическому мастеру инструменты, попробует изготовить орудие каменного века. Например, топор.

Представим на миг, что мы очутились в каменном веке и несколько мгновений наблюдаем, как первобытный человек колотит камнем о камень. Какое из этого наблюдения мы сделаем заключение, если у нас не будет никакой информации ни о каменных орудиях труда той эпохи, ни о цели, которую поставил доисторический человек, взяв в руки два камня? Не сделаем ли мы вывод, что он развлекается и у него нет никакой цели?

Сделанный из наблюдений за действиями древнего мастера ложный вывод о случайности происходящего события произошёл от незнания цели. Цель исключает случайность и изначально предполагает программу действий, исходя из начальных условий. И коль скоро учёные отрицают наличие у природы цели, из этого следует и однозначный вывод: всё в природе происходит случайно.

Но так ли это? Французский философ Поль Гольбах утверждал: «Ничего в природе не может произойти случайно; всё следует определённым законам; эти законы являются лишь необходимой связью определённых следствий с их причинами. Говорить о случайном сцеплении атомов либо приписывать некоторые следствия случайности, значит говорить о неведении законов, по которым тела действуют, встречаются, соединяются либо разъединяются»[125].

Как известно, антропный принцип, по сути, не отрицает у природы цели. Термин «антропный принцип» предложил в 1973 г. английский астрофизик Брэндон Картер в противовес принципу Коперника, по которому мы не занимаем привилегированного места во Вселенной. По Картеру, «то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями нашего существования как наблюдателей».

Существует несколько модификаций антропного принципа. Среди них слабый антропный принцип, сильный антропный принцип и некоторые другие. Сильный антропный принцип в формулировке Картера гласит: «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей»[126]. Согласно сильному антропному космологическому принципу, законы физики и начальные условия выстроены так, что Вселенная заведомо приспособлена для возникновения и существования человека.

В отличие от слабого антропного принципа, по которому зарождение жизни во Вселенной возможно, сильный антропный принцип утверждает неизбежность зарождения жизни.

Антропному принципу можно противопоставить принцип самоорганизации, согласно которому порядок в природе возникает спонтанно из хаоса. Необходимое условие для самоорганизующейся системы – её открытость, позволяющая получать извне энергию и информацию.

В неорганической природе один из самых ярких примеров самоорганизации – образование ячеек Бенара. Суть этого явления в том, что в подогреваемом минеральном масле с подмешанными для наглядности алюминиевыми опилками при определённом критическом перепаде температур между нижними и верхними слоями масла возникают упорядоченные структуры – шестигранные ячейки, отличительной особенностью которых является когерентное поведение молекул. Теоретики синергетики Илья Пригожин и Изабелла Стенгерс, рассматривая ячейки Бенара, отметили следующее: «…когда наступает неустойчивость Бенара… в одной точке пространства молекулы поднимаются, в другой – опускаются как по команде. Однако никакой команды в действительности "не раздаётся", поскольку в систему не вводится никакая новая упорядочивающая сила. Открытие диссипативных структур потому и вызвало столь сильное удивление, что в результате одной-единственной тепловой связи, наложенной на слой жидкости, одни и те же молекулы, взаимодействующие посредством случайных столкновений, могут начать когерентное коллективное движение»[127].

Причины кооперативного поведения молекул при образовании ячеек Бенара до конца остаются неясными. При этом нераскрытость механизмов самоорганизации большинство синергетиков принимают как данность, которая не нуждается в объяснении.

Наблюдаемая в окружающем нас мире самоорганизация систем, а также подобие друг на друга происходящих в природе различных явлений дали учёным основание распространить концепцию самоорганизации на Вселенную в целом. Но как и откуда Вселенная получает энергию и информацию для своей самоорганизации? Возникшая путём Большого взрыва, она является закрытой системой. Согласно второму началу термодинамики, все закрытые системы эволюционируют в одном направлении – к тепловому равновесию, сопровождаемому увеличением энтропии.

Достоверно установлено – эволюция галактик, не останавливаясь, идёт миллиарды лет: они набирают массу, меняют размер и плотность, старые звёзды умирают, зажигаются новые.

Модельные вычисления указывают на направленность эволюционного процесса формирования галактик. Согласно модельным вычислениям, уже через сотню миллионов лет после Большого взрыва в космосе образовались облака из тёмной материи величиной с нынешнюю Солнечную систему. Они объединялись во всё более и более крупные структуры, независимо от расширения пространства. Это привело к возникновению скопления облаков тёмной материи, а потом и скопления этих скоплений. Они втягивали в себя космический газ, предоставляя ему возможность сгущаться и коллапсировать. Так образовались первые сверхмассивные звёзды; они быстро взрывались сверхновыми, оставляя после себя чёрные дыры. Эти взрывы обогащали космическое пространство элементами тяжелее гелия, которые способствовали охлаждению коллапсирующих газовых облаков и потому делали возможным появление менее массивных звёзд второго поколения. Такие звёзды уже могли существовать миллиарды лет и могли формировать (опять-таки с помощью тёмной материи) гравитационно связанные системы. Так возникли долгоживущие галактики, в том числе и наша[128].

Из компьютерной модели следует, что основополагающую роль в формировании галактик играла недоступная наблюдениям тёмная материя, о составе и происхождении которой современная наука ничего не знает.

Гипотетически предположив существование множества реальных параллельных миров, учёные пришли к идее Мультивселенной, в которой наша Вселенная – не единственное место, где возникла жизнь. Идея Мультивселенной активно используется в теории струн и теории инфляционной Вселенной.

Согласно одной из гипотез, нашу Вселенную следует рассматривать как одну из небольших областей, образованных в результате фазовых переходов на начальных этапах эволюции. Имеются и другие варианты образования «параллельных» вселенных, например, многомировая интерпретация квантовой механики, где каждой волновой функции сопоставляется своя умозрительная вселенная. Идея множественных вселенных с бесчисленным разнообразием миров и законов присутствует и в антропном принципе.

По убеждению многих физиков, Мультивселенная не более чем плод фантазии. Это скорее философская проблема, не имеющая непосредственного отношения к теоретической физике.

Следует также иметь в виду, что присутствие бесконечностей в теориях часто приводит к несуразностям. Допуская существование параллельных миров, в соответствии с теорией Хокинга – Хертога законы физики в них должны быть такими же, как в нашей Вселенной. И если число вселенных ничем не ограничено, наша Вселенная будет обязательно где-то точно воспроизведена вместе с нами. К тому же не один раз.

Структура наблюдаемой части нашей Вселенной крайне неустойчива к численным значениям фундаментальных постоянных. Изменение размерности пространства приводит к непредвиденным изменениям физических законов. При размерности пространства N = 3, в котором мы находимся, реализуются все известные типы движения. При большей размерности пространства уже невозможно организовать атомную структуру вещества – орбиты электронов в атомах станут неустойчивыми. Не могут быть образованы и замкнутые орбиты планет, следовательно, возникновение объектов, похожих на нашу Солнечную систему, в многомерных пространствах невозможно[129].

Десятилетиями учёные безрезультатно ищут объяснение, почему полученные экспериментальным путём фундаментальные константы имеют именно такие значения, которые имеют. Ни одна из существующих теорий не в состоянии предложить вариант, позволяющий теоретическим путём получить количество и численные значения этих констант.

Многочисленные наблюдения и экспериментальные данные показали, что при организации материального мира и создании вещества природа использовала ограниченный набор принципов и физических констант. Тонкий подбор значений констант и различных типов взаимодействий привёл Вселенную в идеальное, но вместе с тем хрупкое равновесие, которое едва ли могло быть достигнуто случайным образом.

Ю. А. Жданов и Л. А. Минасян, учёные старшего поколения, воспитанные на диалектическом материализме, который, как известно, умеет совмещать несовместимое, смогли соединить случайность с необходимостью. По их мнению, «необходимость есть случайность в своей действительности. Кроме того, случайность есть результат пересечения необходимостей. Интерпретационная модель множества вселенных только подчёркивает это понимание»[130].

Случайность и естественный отбор составляют основу классического дарвинизма. Естественный отбор появился в теории Дарвина в поздней редакции и с лёгкой руки учёного перекочевал в физику, космологию и другие научные дисциплины. Он стал универсальной аксиомой для науки, и все учёные, посягающие на естественный отбор, должны знать, что это им может стоить научной карьеры.

После возникновения первоначального замысла доктору биологических наук В. И. Назарову потребовалось 14 лет, чтобы издать рукопись «Эволюция не по Дарвину». Редактор издательства «Наука» в беседе с автором недвусмысленно указал, что отказ от публикации вызван исключительно идеологическими соображениями. Ситуация повторилась и в киевском издательстве «Наукова думка».

Открытия в биологии, позволившие понять механизмы наследственности и роль генов – элементарных носителей наследственной информации, показали несостоятельность классического дарвинизма, который и до генетики имел многочисленные проблемы. Построенная на идее борьбы за существование и гибели слабых, теория Дарвина вступала в противоречие с существующей внутривидовой взаимопомощью, совместной жизнью общественных насекомых, симбиотическими отношениями растений и животных. Естественный отбор не объяснял, почему возникли высшие организмы. Имелись и другие серьёзные расхождения теории с накопленным фактическим материалом.

Лима-де-Фариа в своей книге «Эволюция без отбора. Автоэволюция формы и функции» показал, что ряд учёных на основе своих опытов пришли к идее прерывистого происхождения видов.

Так, голландский биолог Хуго де Фриз установил, что вопреки естественному отбору новые элементарные виды возникают внезапно, без переходов и по большей части вполне постоянны с самого начала своего возникновения.

Сходные с де Фризом мысли высказал профессор ботаники Томского университета С. И. Коржинский. В своей работе учёный привёл многочисленные примеры внезапного появления новых форм, таких как антоновские и мошановские овцы, безрогие быки, чёрноплечие павлины, особый вид чистотела, земляника с цельными листьями.

Свои взгляды русский ботаник противопоставлял дарвинистским: сущность гетерогенезиса (возникновения новых разновидностей путём внезапных отклонений от исходных форм) состоит в том, «что среди потомства, происходящего от нормальных представителей какого-нибудь вида или расы и развивающегося при одних и тех же условиях, неожиданно появляются отдельные индивидуумы, более или менее уклоняющиеся от остальных и от родителей. Эти уклонения иногда бывают довольно значительны и выражаются целым рядом признаков, чаще же ограничиваются немногими или даже одним каким-нибудь отличием. Но замечательно, что эти признаки обладают большим постоянством и неизменно передаются по наследству из поколения в поколение. Таким образом, сразу возникает особая раса, столь же прочная и постоянная, как и те, которые существуют с незапамятных времён».

Идея прерывистого происхождения видов присутствует и у английского зоолога Уильяма Бэтсона. В книге «Материалы для изучения изменчивости, особенно с точки зрения прерывистости и происхождения видов» он показал, что коль скоро речь идёт о таких наследственных вариациях, как увеличение числа позвонков, пальцев, зубов и т. п., приходится констатировать внезапность, прерывистость их возникновения без всяких переходов. Отсюда Бэтсон делает вывод, что прерывистость видов происходит из-за прерывистости изменений[131].