Перейдем  теперь ко Вселенной в целом. Многие области Вселенной непригодны для  жизни. Но поскольку жизнь во Вселенной  существует, то условия в ней должны быть допустимыми, они должны допускать существование жизни, хотя бы в некоторых локальных областях Вселенной. Это тривиально. Но какие из допустимых условий во Вселенной можно считать необходимыми для жизни? Очевидно, к ним можно отнести существование звезд и планет (хотя это утверждение требует, на самом деле, серьезного обоснования). Менее очевидно, насколько необходимы для жизни галактики. Должны ли звезды, чтобы обеспечить возникновение около них жизни, объединяться в гигантские системы? И, если да, то могут ли эти системы иметь произвольные параметры, или они должны соответствовать параметрам типичных галактик? Еще менее очевидно, насколько необходимы для жизни скопления галактик и, наконец, вся расширяющаяся Метагалактика. Насколько, вообще, "глобальные" свойства Вселенной необходимы для жизни? Иными словами, в какой мере существенные черты Вселенной совпадают с жизненно-важными параметрами, или они играют роль каркаса в рассмотренном выше примере с оранжереей?

   Ответ, который дает на этот вопрос антропный  принцип оказался весьма неожиданным. Он позволил связать наиболее характерные существенные черты Вселенной, а позднее и фундаментальные свойства материи с существованием во Вселенной жизни (и человека).

   Важный  шаг в этом направлении был  сделан Г.М. Идлисом. Он поставил вопрос таким образом: "Почему наблюдаемая нами часть Вселенной представляет собой расширяющуюся систему галактик, состоящих из звезд с обращающимися вокруг них планетами, на одной из которых обитаем мы? Нельзя ли решить этот вопрос, исходя из самого факта нашего существования?" [1]. На основе проведенного анализа, полностью отдавая себе отчет в ориентировочности выполненных оценок и расчетов, Г.М. Идлис пришел к выводу, что основные черты наблюдаемой нами астрономической Вселенной являются характерными для любой обитаемой космической системы [1]. Иными словами, космическая система может стать обитаемой лишь в том случае, если она включает в себя планеты, обращающиеся вокруг звезд, составляющих звездные системы (с параметрами, соответствующими параметрами типичных галактик), "входящие в "расширяющуюся метагалактику", которая, подобно нашей Метагалактике, оказывается "замкнутой", т.е. ее размеры, по крайней мере, сравнимы с радиусом кривизны ее пространства, и ее свойства описываются в первом приближении релятивистскими космологическими моделями". А это значит, что наиболее существенные черты наблюдаемой нами Вселенной, ее "глобальные" свойства оказываются необходимыми для возникновения и развития жизни.

   Это обстоятельство позволяет понять, почему окружающий нас 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 Вселенной, а именно ту, особая структура которой сделала ее пригодной для возникновения и развития жизни. Что же касается других областей Вселенной, то в них, по мнению Г.М. Идлиса, могут реализоваться иные физические условия, радикально отличные от условий, в нашей Метагалактике, что делает их непригодными для жизни во всяком случае в известной нам форме. В позднейших формулировках антропного принципа эта идея была конкретизирована в представлении об ансамбле миров-вселенных, в котором может быть выделено "познаваемое подмножество" с благоприятными для жизни условиями.

   На  возможное существование связи  между наличием условий, допускающих  развитие жизни в окружающей нас  области Вселенной (Метагалактике), и другими характеристиками этой области обращал внимание А.Л. Зельманов. В этой связи он указывал на красное смещение, как один из факторов, благоприятствующих появлению и развитию жизни. Напротив, смена расширения сжатием привела бы к таким условиям, которые сделали бы невозможным существование жизни.

   Таким образом, уже на данном этапе формирования антропного принципа были сформулированы две главные относящиеся к нему идеи:

   основные  черты наблюдаемой Вселенной  связаны с существованием в ней  жизни (и человека) - они являются необходимыми для возникновения и развития жизни;

     это объясняется тем, что мы  наблюдаем не произвольную область Вселенной, а ту, в которой существует познающий эту Вселенную субъект (наблюдатель) и в которой реализовались необходимые для его существования условия.

   А.Л. Зельманов сформулировал эти две идеи в виде следующего положения: "Мы являемся свидетелями процессов определенного типа потому, что процессы другого типа протекают без свидетелей' [2]. Эта формулировка, по существу совпадает с позднейшими формулировками антропного принципа, хотя сам термин "антропный принцип" на данном этапе его становления еще не использовался.

   На  этом этапе анализировались, главным  образом, наблюдаемые свойства Вселенной, и суждения относились преимущественно  к наблюдаемой области Вселенной. При этом обнаружилась связь между "глобальными", крупномасштабными, астрономическими свойствами Вселенной и возникновением в ней жизни (и познающего субъекта). На последующем этапе была обнаружена более глубокая связь - между наличием жизни во Вселенной и фундаментальными физическими параметрами материального мира. При этом анализировались как наблюдаемые, так и теоретические свойства Вселенной в целом (а не только ее наблюдаемой части), описываемые космологическими моделями. Тогда же стал использоваться термин "антропный принцип".

5. Космологический  антропный принцип

   Для понимания антропного принципа важно уяснить одно существенное обстоятельство: он был выдвинут вне всякой связи с проблемой существования разумной жизни или исследованием места человека во Вселенной. Космологов и физиков-теоретиков, занимающихся космологией, интересовали совсем другие проблемы: почему тот или иной космологический параметр имеет вполне определенное значение? Почему мир устроен так, а не иначе? Почему Вселенная такова, как мы ее наблюдаем? Подход, который использовался при решении этой проблемы, соответствует обычной, принятой в физике методологии. Если нас интересуют значения каких-то параметров, попробуем поварьировать эти значения и посмотрим, как изменятся при этом условия в изучаемой системе (в данном случае во Вселенной). Этот естественный и вполне разумный подход неожиданно (как мне кажется - для самих исследователей) привел к установлению связи между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Проиллюстрируем это несколькими примерами.

   1. Размерность физического пространства  N. Это одна из важнейших фундаментальных характеристик нашего Мира. Почему пространство имеет три измерения? Очевидно, при N < 3 человек существовать не может. Возможно, что существуют двумерные и одномерные миры. Мы можем мысленно изучать их свойства, но наблюдать эти миры мы не можем. Остаются миры, в которых N ³ 3. Каковы физические законы в этих мирах? В нашем трехмерном мире для дальнодействующих взаимодействий (к которым относятся гравитационное и электромагнитное взаимодействия) сила взаимодействия двух точечных источников убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними - закон всемирного тяготения и закон Кулона. Выражение для силы можно записать в виде F₃ = а₃/R^3-1, где а₃ - коэффициент пропорциональности, зависящий от произведения взаимодействующих зарядов (или масс). Индекс 3 указывает, что формула справедлива для трехмерного пространства. Эту формулу легко обобщить на случай N - мерного пространства: F_N = a_N/R^N-1.

   Анализ  характера движения под действием  такой силы (Эренфест, 1917 г.) показал, что при N ³ 4 в задаче двух тел не существуют замкнутые устойчивые орбиты: планета либо падает на центральное тело, либо уходит в бесконечность. То есть, в таких мирах не существует аналогов планетных систем и атомов, а, следовательно, в них невозможна жизнь. Таким образом, размерность пространства оказывается жизненно важным фактором. Единственное значение параметра N, которое совместимо с существованием жизни во Вселенной, N = 3. Это, конечно, не объясняет, почему наш мир трехмерный, но это указывает на то, почему мы наблюдаем именно такой мир: в другом мире мы просто не могли бы существовать. Это относится не обязательно к человеку, но к любому разумному существу (наблюдателю), представляющему собой некую сложную структуру, построенную из атомов. (Здесь даже не обязательно ограничиваться рассмотрением водно-углеродной жизни).

   2. Средняя плотность вещества во  Вселенной. В космологии существует  понятие критической плотности р_с. Еcли средняя плотность вещества во Вселенной р < р_с, то кривизна пространства отрицательна. Вселенная неограниченно расширяется при р > р_с кривизна положительна, мир замкнут, расширение сменяется сжатием р = р_с кривизна пространства равна нулю -геометрия мира евклидова. Критическая плотность р_с= 10^-29. Средняя плотность "светящегося" вещества, полученная из наблюдений, меньшего, но по порядку величины близка к ней. Если учесть возможно существующую "скрытую массу" во Вселенной, то средняя плотность р должна быть еще ближе к критической, может быть она даже превзойдет ее, но останется вблизи р_с. Итак, во Вселенной удовлетворяется соотношение p » p_с. Такое совпадение удивительно, ибо плотность, вообще говоря, может иметь произвольное значение. Как это объяснить? Средняя плотность связана со скоростью расширения Вселенной. Если p<< p_c, Вселенная расширяется слишком быстро, и в ней не могут образоваться гравитационно-связанные системы -галактики и звезды, которые необходимы для жизни. Если p >> p_c, гравитационно-связанные системы легко возникают, но время жизни такой Вселенной (длительность цикла расширение-сжатие) мало, много меньше, чем требуется для возникновения жизни. Таким образом, если бы условие p » p_с не выполнялось, то жизнь в такой Вселенной была бы невозможна. Следовательно, средняя плотность вещества во Вселенной тоже оказывается жизненно-важным фактором, а условие p » p_с - необходимым для существования жизни во Вселенной. Это, опять-таки, не объясняет, почему в нашей Вселенной выполняется данное соотношение, но позволяет предсказать его для любой обитаемой Вселенной. Аналогичные выводы можно сделать в отношении анизотропии Вселенной.

   3. Совпадение больших чисел. Существует  несколько удивительных соотношений  между константами, характеризующими  Вселенную. Они даже получили  название "совпадение больших  чисел". Одно из них связывает постоянную Хаббла Н₀ с атомными константами. Возникает вопрос, как объяснить это совпадение? Является ли оно чисто случайным или его можно предсказать теоретически? Оказывается это возможно, но только для обитаемой Вселенной.

   Б.Картер сформулировал это положение в следующем виде: можно теоретически (до наблюдений) предсказать "совпадения больших чисел", если использовать некий антропологический принцип: то, что мы можем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования [3]. По существу, в предыдущих примерах, обращаясь к обитаемой Вселенной, мы неявно использовали этот принцип. Посмотрим, как он работает в рассматриваемом примере.

   В соответствии с антропным принципом, в обитаемой Вселенной должно выполняться соотношение T₀-T_s где Т₀ - современный возраст Вселенной (т.е. возраст в момент существования наблюдателя), a T_s - время жизни звезды на главной последовательности. Действительно, если Т₀ << T_s, то к моменту Т₀ в недрах звезд не успеют образоваться тяжелые элементы, необходимые для жизни. Если Т₀ >> T_s, то к этому моменту все ядерное горючее уже выгорит, ядерные реакции в недрах звезд прекратятся, и они перестанут поставлять энергию, необходимую для жизни. Следовательно, условие Т₀ ~T_s является необходимым для существования жизни. И поэтому можно предсказать, что оно должно выполняться в нашей Вселенной Н₀Т₀ = 1/Н₀, a T_s выражается через атомные константы. Если подставить соответствующее выражение, то можно убедиться, что соотношение T₀ ~T_s эквивалентно рассматриваемому совпадению "больших чисел", которое, таким образом, тоже может быть предсказано.

   4. Структура Вселенной и фундаментальные  константы. Природа материального  мира, его важнейшие свойства  в значительной мере определяются  фундаментальными физическими константами. К ним, прежде всего, относятся безразмерные константы четырех физических взаимодействий: гравитационного a_g, слабого a_w электромагнитного a_e и сильного а_s а также массы основных элементарных частиц: протона m_р , нейтрона m_n и электрона m_е . Другие фундаментальные константы, такие как постоянная Планка h, гравитационная постоянная G, скорость света с и заряд электрона е входят в определение безразмерных констант. Значения констант получены из экспериментов. Но почему они имеют именно такие значения? Почему, например, константа гравитационного взаимодействия так мала? Что было бы, если увеличить ее значение? Что будет, если увеличить массу протона? Исследованию зависимости между структурой Вселенной и численными значениями фундаментальных констант посвящено много работ. Результаты подробно изложены в книге И.Л. Розенталя [4]. Он рассматривает константы a_g, слабого а_w, a_e, a_s, m_p, m_n, m_e. Основной результат состоит в том, что структура Вселенной крайне чувствительна к численным значениям этих постоянных: она сохраняется только в очень узких пределах их изменения. Достаточно значению какой-либо из постоянных выйти за эти узкие пределы, как структура Вселенной претерпевает радикальные изменения, в ней становится невозможным существование одного или нескольких основных структурных элементов - атомных ядер, самих атомов, звезд или галактик. Во всех этих случаях во Вселенной не может существовать и жизнь. Таким образом, значения фундаментальных констант определяют условия, необходимые для существования во Вселенной жизни (и наблюдателя). Это довольно неожиданный результат!