Релятивистская  космология объясняет наблюдаемое  современное состояние Вселенной, она предсказала неизвестные  ранее явления. Но развитие космологии поставило и ряд новых, крайне трудных проблем, которые ещё не решены. Так, для изучения состояния вещества с плотностями, намного порядков выше ядерной плотности, нужна совершенно новая физическая теория (предположительно, некий синтез существующей теории тяготения и квантовой теории). Для исследований же состояния вещества при бесконечной плотности (и бесконечной кривизне пространства - времени) пока нет даже надлежащих математических средств. Кроме всего прочего, в такой ситуации должна нарушаться непрерывность времени и вопрос о том, что было "до" t = 0 применительно к обычному (метрическому) понятию времени, лишён смысла, необходимо то или иное обобщённое понятие времени. В решении этой группы проблем делаются лишь первые шаги.

   По  мере развития теории, а также средств  и методов наблюдений будет уточняться само понятие космологической Вселенной. В рамках современной космологии довольно естественно считать Метагалактику единственной. Но вопросы топологии пространства - времени разработаны ещё недостаточно для того, чтобы составить представление о всех возможностях, которые могут быть реализованы в природе. Это надо иметь в виду, в частности, и в связи с проблемой возраста Вселенной.

   Не  исключено, что столь же трудно будет  объяснить зарядовую асимметрию во Вселенной: в нашем космическом окружении (во всяком случае, в пределах Солнечной системы, а вероятно, и в пределах всей Галактики) имеет место подавляющее количественное преобладание вещества над антивеществом. Между тем, согласно современным теоретическим представлениям, вещество и антивещество совершенно равноправны. Космология пока не даёт достаточно убедительного объяснения такого противоречия.

   Пока  нет также убедительной теории возникновения  звёзд и галактик (пограничная  проблема космологии и космогонии). Эта проблема по меньшей мере столь же трудна, как и другие фундаментальные проблемы возникновения в современной науке (возникновения планет, возникновения жизни). Существует и ряд других нерешенных проблем космологии.

2. Истоки  антропного принципа

   Со  времен Коперника и Галилея Земля  не рассматривается больше как центр мира. Человек во все большей мере воспринимает себя одиноким и незначительным в неизмеримо громадной Вселенной. Блез Паскаль выразил изменившееся мироощущение многих следующим образом: "Вечное молчание этого бесконечного пространства потрясает меня".

   Развитие  астрономии, астрофизики и космологии все более и более вытесняет  человека с центральных позиций, на которых он себя воспринимает: наше Солнце - это лишь одна из звезд среди  миллиардов других звезд, наш Млечный  Путь оказался одной из галактик среди многих других, и даже Космос согласно новым представлениям - это возможно, частичный Космос среди разного рода других Космосов.

   В связи со сказанным особенно примечательно, что сегодня новейшие научные  результаты трактуются большим числом ученых так, что человек -или по крайней мере биологическая жизнь - неожиданно снова занимает центральное положение в Космосе. Жизнь оказывается гораздо более тесно связанной с общекосмическими условиями, чем это до сих пор предполагалось, и все менее очевидным становится взгляд на жизнь как на незначительный продукт случая. Многие процессы в Космосе представляются направленными на возникновение и поддержание жизни. Эта мысль восходит к так называемому Антропному Принципу. Американский физик-теоретик Фримен Дж. Дайсон сказал по этому поводу: "Ели мы приглядимся к Вселенной и увидим, как много случайностей в физике и астрономии послужили нам во благо то, кажется почти, что Вселенная в известном смысле знала, что мы появимся".

   И немецкий астроном Отто Хекман (1901 - 1983) писал: "Космические предпосылки существования человека или человекоподобных существ заключаются ... в наличии не какого - либо, а в высшей степени специфического всеобщего Космоса ".

   Название  принципа и терминология была предложена Б. Картером в 1974 г., но аналогичные идеи высказывались неоднократно и ранее, в частности А.Л. Зельмановым и Г.М. Идлисом в (1957 -1958) гг. История антропного принципа с большой полнотой описана В.В. Казютинским, который в частности обнаружил, что формулировки, которые почти дословно повторяются ныне, в том числе и о множественности вселенных, появились еще в работе соперника-соратника Дарвина, А. Уоллеса, "Место человека во Вселенной", изданной по-русски в 1904 г. Одна из ранних формулировок принадлежит К.Г. Циолковскому: "Тот космос, который мы знаем, не может быть иным". В 1967 г. о зарождении "новой космологии, которая противостоит физической" писал В.А. Лефевр. "Ее задача - включить биологическую действительность в картину мира как некоторую "норму", которая в ней естественна и необходима. Представляется целесообразным рассмотреть возможные модели и некоторые принципы их построения, в которых, с одной стороны - "живые организмы" и "цивилизации", а с другой - феномены "физической картины" выступили бы как различные проявления некоторой единой конструкции". Можно сказать, что эта задача включения биологии в картину мира как некую "норму" есть одна из возможных формулировок сильного антропного принципа, отбирающего лишь такие начальные условия, при которых с необходимостью должен появиться наблюдатель, подобный нам самим. Один из создателей инфляционной космологии А.Д. Линде пишет: "Не может ли быть так, что сознание, как и пространство-время, имеет свои собственные степени свободы, без учета которых описание Вселенной будет принципиально неполным? Не окажется ли при дальнейшем развитии науки, что изучение Вселенной и изучение сознания неразрывно связаны друг с другом и что окончательный прогресс в одной области невозможен без прогресса в другой? После создания единого геометрического описания слабых, сильных, электромагнитных и гравитационных взаимодействий не станет ли следующим важнейшим этапом развитие единого подхода ко ВСЕМУ нашему миру, включая и внутренний мир человека?" Как эвристический принцип, некоторые из соображений, составляющие ныне обоснования антропного принципа, с блистательным успехом использовались задолго до появления этого термина. Важнейший результат принадлежит Ф. Хойлу, который предсказал наличие у ядра углерода энергетического уровня в 7.82 млн эВ, исходя из соображения, что только при наличии такого уровня три атома гелия могут в недрах звезд соединиться в атом углерода. Существование такого уровня является результатом сложного взаимодействия многих элементарных частиц - но без него не было бы возможно и само наше существование. Требование возможности нашего существования, неявным образом подразумевавшееся Хойлом, было сформулировано Картером как антропный принцип. Позднее Хойл писал, что для теолога антропные свойства выглядят подтверждением существования Творца, спроектировавшего мир так, чтобы в точности удовлетворить нашим требованиям. Последующее развитие космологии, как известно, предложило и другую возможность, поставив на научную почву старую идею о существовании множества вселенных с самой разнообразной физикой (например, Бранский ). ..."Вселенная в целом будет существовать вечно, нескончаемо порождая новые и новые экспоненциально большие области, в которых законы низкоэнергетического взаимодействия элементарных частиц и даже эффективная размерность пространства-времени могут быть различны... Мы знаем наверняка, что жизнь снова и снова будет зарождаться в разных областях Вселенной во всех своих возможных видах" - пишет один из создателей инфляционной космологии А.Д. Линде. Очевидно, что в ансамбле множества вселенных (согласно оценке И.Л. Розенталя их число неменее, чем 10⁵⁰), свойства обитателей каждой из вселенных определяются ее физическими законами, как это имеет место и для нас и нашей Вселенной.

3. Антропоцентрический  и антропный принцип

   При обсуждении антропного принципа представляется целесообразным с самого начала провести разграничение между ним и  антропоцентрическим принципом, идущим от Аристотеля. Сходство в наименовании и некоторые неудачные формулировки антропного принципа привели к тому, что в ряде случаев между антропным и антропоцентрическим принципом ставится, по существу, знак равенства. Это явилось одной из причин довольно острой полемики, которая возникла вокруг антропного принципа. Между тем, содержание этих принципов различно. Антропоцентрический принцип декларирует центральное или, во всяком случае, уникальное, привилегированное положение человека во Вселенной. Антропный принцип также устанавливает определенное соотношение между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и наличием в ней жизни и человека, точнее - между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Однако характер этого отношения иной - он не требует и не утверждает исключительности человеческого рода.

4. Условия существования  жизни

   В проблематике, связанной с жизнью во Вселенной, приходится сталкиваться с тремя типами условий: допустимые, необходимые и достаточные. Между  этими типами условий не всегда проводится четкая грань, что является причиной ряда недоразумений, в том числе и при обсуждении антропного принципа. Чтобы избежать подобных недоразумений, поясним, в каком смысле будут в дальнейшем употребляться эти понятия.

   Рассмотрим  некоторую систему S, в которой реализуются определенные условия. Условия могут быть качественные и количественные. Качественные условия означают наличие (или отсутствие) в системе какого-либо свойства (например, наличие атмосферы на планете). Количественные - выражаются численными значениями некоторых параметров, при этом значения параметров задаются в определенном интервале. Так, можно говорить об определенном интервале температурных условий и т.д. По существу, качественные условия тоже сводятся к количественным. Поэтому можно считать, что каждое условие задается определенным интервалом изменения параметра p_i, и, может быть выражено с помощью соответствующих неравенств. Будем говорить, что условие выполняется (или имеет место) в системе S, если выполняется соответствующее неравенство.

   Определим теперь необходимые и достаточные  условия. Условие будем считать необходимым для жизни в системе S, если при наличии этого условия жизнь в системе S существует, а при его отсутствии жизнь в ней становится невозможной. Обычно существует целый комплекс необходимых условий. Если, по крайней мере, одно из них не выполняется, жизнь в данной системе невозможна. Поэтому, если выполнена часть из полного набора необходимых условий, то этого недостаточно для существования жизни в рассматриваемой системе. Жизнь в системе S может существовать в том и только в том случае, когда в ней реализуется весь набор необходимых условий. Этот набор образует комплекс необходимых и достаточных условий. Каждое условие комплекса необходимо для жизни, но только все вместе они являются достаточными. Набор параметров, которые связаны с необходимыми и достаточными условиями, будем называть жизненно важными параметрами.

   С необходимыми условиями тесно связаны  непригодные или запрещающие  условия. Будем называть так условия, которые исключают существование жизни в системе S, делают ее непригодной для жизни. Каждое запрещающее условие равнозначно отсутствию соответствующего (противоположного ему) необходимого условия. Запрещающие условия также связаны с жизненно важными параметрами.

   Еcли в системе существует жизнь, это  значит, что в ней выполнены  все необходимые и достаточные условия и не выполняется ни одно запрещающее условие. Последнее означает, что условия в системе не препятствуют существованию в ней жизни. Такие условия будем называть допустимыми. Все необходимые условия, конечно, являются допустимыми, но не всякое допустимое условие будет необходимым для жизни. Многие допустимые условия не являются необходимыми.

   Среди них можно выделить два класса условий: 1) допустимые условия, не связанные  с жизненно важными параметрами, и 2) допустимые условия, связанные с жизненно важными параметрами (но, тем не менее, не являющиеся необходимыми).

   Рассмотрим  допустимые условия первого класса. Пусть мы хотим создать оранжерею  для выращивания зеленых растений. Одним из необходимых условий  существования и нормального развития растений является наличие солнечного света. Для этого требуется обеспечить прозрачное покрытие оранжереи. С этой целью можно использовать либо стекло, либо прозрачную пленку. Реализация того или иного варианта приведет к изменению условий внутри оранжереи. Но это, практически, не скажется на развитии растений. Поэтому оба варианта можно считать допустимыми. Еще меньшее влияние оказывает материал каркаса, его можно сделать из дерева или из металла, металлический каркас можно сделать сварной или скрепить на болтах - все это существенно не повлияет на условия в оранжерее.

   В каждой системе существует множество  подобных параметров, несущественных для жизни. Их изменение не оказывает  заметного влияния на условия  жизнедеятельности в системе, они не препятствуют жизни, но и не способствуют ее развитию. Будем называть эти параметры нейтральными, а условия, связанные с ними - нейтрально-допустимыми. Разумеется, нейтрально-допустимые условия не являются необходимыми, поскольку они не связаны с жизненно важными параметрами.

   Второй  класс допустимых условий (будем  называть их существенно-допустимыми) связан с жизненно-важными параметрами, но отличается более узким интервалом их изменения, по сравнению с необходимыми условиями. Рассмотрим пример с нашей оранжереей. Пусть оптимальная температура для данного вида растений составляет 20 °С, и пусть растения нормально развиваются при температуре от 10 °C до 30 °C и гибнут при температуре ниже 0 °С и выше 50 °С. Установим в оранжерее температурный режим 20 °± 1 °. Эти условия будут, конечно, допустимыми. Более того, они весьма благоприятны для развития растений. Но они не являются необходимыми. Мы можем изменить эти условия, немного расширив диапазон температурных изменений - условия станут менее благоприятными, но вполне допустимыми. Постепенно расширяя диапазон температурных условий, мы выйдем за границу благоприятных условий, условия станут неблагоприятными, хотя они все еще будут допустимыми. Наконец, двигаясь таким образом, мы подойдем к пределу, за которым жизнь растений станет невозможной. Очевидно, этот предел определяет необходимые температурные условия в нашей системе. Таким образом, можно сказать, что необходимые условия являются предельно неблагоприятными или предельно-допустимыми.

   Хотя  существенно-допустимые условия (за исключением предельно-допустимых) не являются необходимыми для жизни, выполнение этих условий автоматически приводит к выполнению соответствующих (связанных с теми же параметрами) необходимых условий.

   В обитаемой системе условия (все  вместе и каждое в отдельности) являются допустимыми. Это утверждение тривиально. Но совсем не тривиальным является заключение о том, к какому типу допустимых условий относится то или иное свойство системы. Оно может быть нейтрально-допустимым, или существенно-допустимым, или необходимым для жизни. В двух последних случаях это означает, что рассматриваемый параметр относится к числу жизненно важных. С выяснением характера условий во Вселенной и связано применение антропного принципа.

   Во  Вселенной, вероятно, возможны разные формы жизни, но в дальнейшем, говоря о жизни, будем подразумевать только водно-углеродную форму, к которой принадлежим мы сами. Это делается не из "патриотизма", а по той причине, что при обсуждении антропного принципа имеется в виду именно эта форма жизни.

   Применительно к этой форме жизни существенной характеристикой Вселенной можно  считать то, что жизнь существует в ней лишь локально, в ограниченных (и притом очень небольших) областях. Это отличает Вселенную от таких однородных систем, как например, земная биосфера, где жизнь существует повсюду, и условия в каждой точке являются необходимыми и достаточными для жизни, а любое свойство биосферы является допустимым, совместимым с жизнью. Однако, применительно ко всей планете Земля, отмеченная однородность нарушается. Если выйти за пределы биосферы, условия становятся непригодными для жизни (например, условия в атмосфере выше озонового слоя).

   Рассмотрим  это свойство неоднородных (в указанном  выше смысле) систем на примере Солнечной  системы. Здесь локальные условия, по отношению к фактору жизни, весьма различны. На Земле, в пределах биосферы, выполняется комплекс необходимых и достаточных условий. Но в других местах Солнечной системы, на других планетах, в межпланетной среде - условия непригодны для жизни. Между тем, Земля входит в состав Солнечной системы, значит условия Солнечной системы в целом (включая условия в областях, где жизнь развиваться не может) должны допускать существование в ней жизни - хотя бы на одной планете Земля. Более того, раз в Солнечной системе есть жизнь, значит а ней реализовался комплекс необходимых и достаточных условий. Не будем анализировать этот комплекс. Для наших целей важнее подчеркнуть другое. Существует множество условий в Солнечной системе, которые не препятствуют существованию жизни на Земле, но неизвестно, являются ли они существенными для жизни. Необходимо ли для жизни на Земле наличие других планет (где нет жизни)? Необходимо ли для этого кольцо астероидов и другие "глобальные" характеристики Солнечной системы, являются ли они нейтрально-допустимыми или необходимыми для жизни?