Человеколюбивое мироздание: почему вселенная такова, какова она есть?

      Комментарии к записи Человеколюбивое мироздание: почему вселенная такова, какова она есть? отключены

Человеколюбивое мироздание: почему вселенная такова, какова она есть?

    Само существование человечества свидетельствует, что законы отечественной Вселенной ему помогают. Эта мысль именуется антропным принципом За фантастами ученые предполагают существование параллельных миров. Антропный принцип говорит о возможности существования целого ансамбля вселенных с разными физическими законами. Нам повезло: в отечественном мире карты выпали благоприятно, и появилась разумная судьба

Благодаря особенному устройству Космоса отечественной Вселенной были разрешены шансы просуществовать столько времени, сколько пригодилось для появления мыслящих существ, талантливых задуматься о том, случайно либо нет их временное существование с позиций умных наук. Это может звучать нелепо, но сейчас ученые смогли подметить в устройстве мира множество интересных совпадений.

Миры без судьбы

нейтрон и Протон показались практически сразу после Громадного взрыва, позднее появились ядра атома. Вольный протон (ядро водорода) или полностью стабилен, или распадается со столь малой возможностью, что этих процессов физики еще не нашли. А вот вольный нейтрон в среднем живет всего пятнадцать минут, давая начало протону, электрону и антинейтрино.

Внутриядерные нуклоны смогут существовать до скончания времен, но смогут кроме этого преобразовываться приятель в приятеля и жить не более долей секунды, все зависит от их окружения (бета-распад).

Вольный нейтрон не имел возможности бы давать начало протону, если бы не был пара массивней, это направляться из закона сохранения энергии. Отличие весьма мала, всего 0,14%. Если бы природа урезала массу нейтронов всего на 0,2%, последствия были бы печальны: протоны в одиночном состоянии преобразовывались бы в нейтроны, позитроны и нейтрино.

Исходя из этого во Вселенной не могли бы зажечься звезды, каковые на начальной стадии собственного существования питаются энергией термоядерного синтеза гелия из водорода. Но это не единственная проблема: появляющиеся позитроны аннигилировали бы с электронами, рождая твёрдое гамма-излучение. Космическое пространство выяснилось бы заполненным изолированными нейтронами, нейтрино, гамма-квантами и, быть может, маленьким числом стабильных легких ядер, вероятнее, дейтериевых и гелиевых.

Таковой мир никак не имел возможности бы стать колыбелью судьбы.

Если бы нейтроны были чуть-чуть массивней, чем в конечном итоге (на доли процента), они стали бы преобразовываться в протоны кроме того в тех ядер, каковые в отечественном мире стабильны. Такие ядра разрывались бы электрическими силами и давали начало множеству свободных протонов. Присоединяя электроны, они давали бы начало водородным атомам.

В этом чисто водородном мире не было бы места химии, а следовательно, и жизни.

Но и это не все. Превышение нейтронной массы над протонной приблизительно в три раза больше массы электрона. Если бы оно было меньше данной массы, то электроны имели возможность бы спонтанно сливаться с протонами, превращая их в нейтроны.

на данный момент такие переходы случаются лишь при громадных давлениях, появляющихся при гравитационном коллапсе массивных звезд (как раз так рождаются нейтронные звезды). А вот если бы это условие выполнялось и в молодости мироздания, протонам было бы энергетически выгодно уже тогда глотать электроны. При таком раскладе снова бы оказался неинтересный нейтронный мир.

Так, законы физики упрятали все галактик рождения и возможности звёзд, практически всех химических элементов, показавшихся в звездных недрах, и, само собой разумеется, планет в очень узкую отличие между нуклонными весами. Случайно ли природа удержалась на этом лезвии бритвы?

Энергия вакуума

Аналогичных примеров множество. Если бы гравитация была всего в миллион раз посильнее, это никак бы не сказалось на особенностях молекул и атомов. Но звезда солнечного типа в таком мире существовала бы всего 10 тысяч лет — через чур мало для происхождения судьбы.

А мир со через чур не сильный гравитацией разлетелся бы по окончании Громадного взрыва так скоро, что вещество просто не успело бы стянуться в плотные газовые тучи, дающие начало звездам.

Процесс рождения углерода в звездных топках очень во многом зависит от величины постоянной узкой структуры, определяющей интенсивность электромагнитного сотрудничества. Если бы эта константа отличалась от собственного значения (практически совершенно верно 1/137) на 15% в ту либо иную сторону, ни одна звезда в мире не имела возможность наработать и килограмма углерода (в соответствии с некоторым расчетам, хватило бы кроме того отклонения в 2%). А без углерода не было бы и жизни, по крайней мере, в отечественном понимании.

Последний пример сверхтонкой настройки физических констант выглядит особенно эффектно. С позиций квантовой механики вакуум — это не пустота, а генератор элементарных частиц, каковые на сверхкороткие мгновения рождаются из квантовых флуктуаций в этот самый момент же переходят в небытие. В отечественном макроскопическом мире эти эфемерные виртуальные частицы практически ничем себя не проявляют, не смотря на то, что их существование подтверждается рядом опытов.

Но виртуальные электроны, фотоны, кварки, нейтрино в краткие моменты собственного существования владеют определенной энергией. Сумма всех этих энергий и формирует энергию физического вакуума. Математический аппарат квантовой теории поля разрешает вычислить эту сумму и понять, что она равна бесконечности — явная бессмыслица.

Физики решают эту проблему, вводя в расчеты верхний предел энергии отдельных виртуальных частиц. Дело в том, что весьма энергичные частицы, виртуальные либо простые, при столкновении дают начало черным дырам. Такие процессы существующие физические теории по большому счету не обрисовывают (тут они просто теряют применимость). Исходя из этого ученые договорились обрезать энергии виртуальных частиц на «чернодырном» пределе.

По окончании данной операции энергия вакуума получается не смотря на то, что и конечной, но огромной величиной: вакуумная энергия одних лишь виртуальных фотонов 10116 Дж/см3! Другие виртуальные частицы дают сходные вклады.

Действительно, имеется некая тонкость. Виртуальные частицы, как и простые, бывают двух видов — бозоны (к примеру, фотоны) и фермионы (скажем, электроны). Бозоны дают хороший вклад в энергию вакуума, а вот фермионы — отрицательный.

Возможно, все эти вклады взаимно гасят друг друга и в следствии получается что-то разумное?

Правильное совпадение

Тут-то и зарыта собака. В конце прошлого десятилетия было доказано, что отечественная Вселенная расширяется с возрастающей скоростью. Если бы динамика этого расширения определялась одной лишь силой тяготения, его темпы неспешно понижались бы, это направляться из неспециализированной теории относительности. Соответственно, в космических масштабах действует не только гравитация, но и антигравитация. Как раз таковой эффект и обязан оказывать физический вакуум с хорошей плотностью энергии.

Собранные астрологами эти говорят о том, что удельная энергия вакуума (ее еще именуют космологической константой) не превышает 0,0001 Дж/см3. Это в 10120 раз меньше полной величины каждого ее слагаемого.

Отчего же столь огромные числа различных знаков при суммировании так ювелирно компенсируют друг друга? Будь плотность вакуумной энергии нулевой, возможно было бы высказать предположение, что за это отвечает какая-то закономерность, действующая в микромире. Кандидат имеется: если бы у каждого бозона имелся партнер-фермион, а у фермиона — бозон, то вклады различных знаков в энергию вакуума погашались бы идеально совершенно верно.

Но такая связь между бозонами и фермионами (суперсимметрия) в отечественном мире не найдена. Помимо этого, вакуумная энергия хоть и мелка, но все же хороша от нуля.

Антропный принцип

Все вышеперечисленное известно экспертам уже много лет. До недавнего времени никто не придавал этому особенного значения.

Но в первой половине 70-ых годов XX века 28-летний кембриджский астрофизик Брандон Картер (на данный момент он трудится в Лаборатории теорий и Вселенной Вселенной Медонской обсерватории) заключил, что столь благоприятное для нас сочетание многих свободных друг от друга физических констант вероятно значит что-то большее, чем несложную игру случая, — оно делает вероятным образование сложных структур самых различных масштабов, от галактических скоплений до вирусов и бактерий. Картер высказал предположение, что само существование человечества говорит о том, что законы отечественной Вселенной помогают такому финалу. Он в первый раз сформулировал эту идея в первой половине 70-ых годов XX века в так и не изданной рукописи, а тремя годами позднее доложил на симпозиуме, посвященном 500-летию Коперника.

Картер назвал собственную идею антропным принципом (от греческого «антропос», человек). Уникальная формулировка такова: «Ожидаемые результаты наблюдений должны быть ограничены условиями, нужными для отечественного существования в качестве наблюдателей». Это указывает, что законы природы в каком-то смысле намерено выбраны так, дабы допустить отечественное существование.

Не смотря на то, что Картер был уже ученым с интернациональной репутацией, заслуженной теоретическим анализом черных дыр, большая часть космологов и астрономов сочли его взоры антинаучной ахинеей. Но Картер убедил в собственной правоте приятеля и сотрудника по университету Мартина Риса, прекрасного астрофизика, на данный момент королевского астролога Британии.

Рис стал усиленно пропагандировать антропный принцип как в особых работах, так и в популярных публикациях (предпочитая формулировку «антропное мышление» слову «принцип»). В большой степени благодаря его упрочнениям «антропные» идеи неспешно стали завоёвывать признание, не смотря на то, что отнюдь не общее (не просто так в литературе на данный момент возможно отыскать более чем трех десятков формулировок антропного принципа). Двадцать лет назад их поддержал Стивен Вайнберг, один из наибольших физиков-теоретиков двадцатого столетия.

Мультимегавселенная

Антропный принцип может показаться если не тавтологией, то трюизмом. Само собой разумеется, законы Вселенной допускают происхождение разумной судьбе, в другом случае они остались бы неоткрытыми. Но это весьма плоское прочтение.

В действительности он говорит о возможности существования целого ансамбля Вселенных с разными физическими законами. Возможно высказать предположение, что практически все эти миры безлюдны и мертвы, потому, что в том месте законы физики не сложились в нужной комбинации. А вот в отечественном мире карты выпали благоприятно для происхождения разумной судьбе, которая в итоге умудрилась дойти и до антропного мышления!

Мартин Рис внес предложение именовать гипотетическую коллекцию миров Мультивселенной (Multiverse); другие ученые предпочитают термин Мегавселенная (Megaverse).

В первой половине 80-ых годов двадцатого века американский физик Алан Гут внес предложение принципиально новую модель происхождения Вселенной, названную инфляционной. Первая работа Гута содержала значительные недоработки, каковые позже исправили другие ученые. По ходу дела они узнали, что инфляционные сценарии неизбежно приводят к происхождению Мультивселенной. «Инфляция — сверхбыстрое расширение Вселенной в начале ее существования.

Оно появляется по причине того, что вакуум сейчас будет в состоянии с большой хорошей плотностью энергии, неизмеримо превышающей ее минимальное значение. Вакуум с мельчайшей плотностью энергии именуется подлинным, с более высокой — фальшивым, говорит «ПМ» один из участников данной интеллектуальной драмы Алекс Виленкин, директор Университета космологии при университете Тафтса. — Любой хороший вакуум действует как антигравитация, другими словами заставляет пространство расширяться.

Фальшивый вакуум с экстремально высокой плотностью энергии к тому же и очень нестабилен, он скоро распадается, а его энергия идет на образование частиц и радиации, нагретых до очень больших температур. Данный вакуумный распад и имеется то, что именуют Громадным взрывом. Он оставляет за собой простое пространство, заполненное гравитирующей материей, которое расширяется с умеренной скоростью».

Одна из многих

«А самое основное: инфляция — не одноактная драма с быстрым концом и бурным началом. Она длится до бесконечности. В различных участках пространства появляются локальные территории инфляционного расширения фальшивого вакуума, которое время от времени заканчивается взрывным рождением материи.

Мы именно живем в области, оставшейся по окончании одного из таких локальных Громадных взрывов. Это и имеется отечественная Вселенная, другие нам недоступны, — растолковывает Виленкин. — Вечная инфляция рождает множество не тождественных друг другу миров и в конечном итоге создаёт миры полностью со всеми фальшивыми вакуумами, возможность появления которых не равна нулю. Так, все вероятные значения главных физических размеров где-нибудь и когда-нибудь в обязательном порядке покажутся.

Резюмируя, возможно заявить, что инфляция оказывается тем горнилом, в котором рождается не часть физически допустимых миров, но все они — без единого исключения».

Струнный комплект

Инфляционная космология диктует рождение различных вакуумов, но не определяет их конкретных особенностей — либо, правильнее, не устанавливает для них правил отбора. Эту задачу решает вторая фундаментальная физическая концепция — теория суперструн (статью «Струнный концерт для Вселенной» возможно прочесть в «ПМ» № 3’2006, и на сайте издания). Из теории струн вытекает, что энергии вакуумов владеют дискретным спектром и что количество этих вакуумов в принципе поддается подсчету.

«Космологическая инфляция рождает те и лишь те вакуумы, каковые разрешены теорией суперструн. Статистические мысли разрешают ожидать, что среди этих вакуумов должны найтись и такие, где вакуумная энергия — ее кроме этого именуют космологической постоянной — попадает в необходимое нам окно, — говорит «ПМ» Леонард Сасскинд, один из физиков, придумавших в первой половине 70-ых годов XX века первый вариант теории струн, сейчас доктор наук Стэнфордского университета. — Их часть совсем ничтожна, но их безотносительное число отнюдь не мало.

К ним относится и вакуум отечественного мира. Объединение инфляционных идей со струнными ведет к воистину революционным итогам. Оно говорит о том, что в непостижимо огромном космосе существует множество изолированных друг от друга миров с разными физическими законами и космологическими константами.

Это как раз то, что требуется для обоснования антропного принципа». Так, антропное мышление ведет к идее множественности разных Вселенных, а инфляционная космология вкупе с теорией струн ставят эту идею на прочный физический фундамент.

Люди тысячелетиями вычисляли Почву центром мира, но Николай Коперник покончил с данной иллюзией. В середине прошлого столетия ученые уже твердо знали, что отечественное Солнце — это всего лишь рядовая звезда обычной галактики. А сейчас оказывается, что и отечественная Вселенная — только одна из многих.

Коперникианская революция длится.

Прекрасно забытое старое

Идеи, подобные антропному принципу, не новы. В 1903 году к данной мысли весьма близко подошел превосходный географ и английский биолог Альфред Рассел Уоллес, тот самый, что независимо от Дарвина выдвинул теорию естественного отбора. Сходную догадку, правильнее, ее частный случай в первой половине 60-ых годов XX века высказал американский физик Роберт Дике. Рассуждал он приблизительно так. Жизнь земного типа неосуществима без тяжелых элементов, к примеру железа.

Такие элементы рождаются в ядрах массивных звезд и рассеиваются по космосу, в то время, когда те взрываются сверхновыми. Данный процесс сам по себе требует нескольких миллиардов лет. После этого из космических газопылевых туч, уже содержащих тяжелые элементы, должны появиться звезды второго поколения (к ним относится и отечественное Солнце) с планетными совокупностями, пригодными для устойчивого развития и возникновения судьбы.

Дело это не стремительное, счет опять-таки идет на миллиарды лет. Так, возможно высказать предположение, что первые «наблюдатели» вряд ли имели возможность показаться ранее, чем через 8−10 млрд. лет по окончании Громадного взрыва. Приблизительно столько же живут и звезды солнечного типа (не столь массивные звезды держатся существенно продолжительнее, но они куда менее стабильны, и потому их планетные совокупности вряд ли смогут становиться колыбелями разумной судьбе).

Запасы свободного галактического водорода, пригодного для образования звезд нового поколения, истощаются в таком же масштабе времени. Для существования наблюдателей появляется достаточно узкое окно — от десяти до двадцати миллиардов лет по окончании Громадного взрыва. Стандартная оценка возраста отечественной Вселенной — 13,7 млрд. лет — именно вписывается в эти пределы.

«Единственная разумная возможность ответа тайной вакуумной энергии появляется в теории суперструн. Она оценивает число долгоживущих (метастабильных) состояний вакуума как минимум в 10500. Каждое такое состояние имеет собственную плотность вакуумной энергии.

Эту совокупность вакуумов я именую космическим ландшафтом». Леонард Сасскинд

«Может показаться, что все локальные Громадные взрывы оставляют по окончании себя одинаковый подлинный вакуум, но это, вероятнее, неверно. Куда возможнее, что послевзрывные вакуумы также фальшивы, лишь они живут неизмеримо продолжительнее исходного, потому, что владеют меньшими энергиями. Но они отличаются друг от друга, а потому дают начало разным законам природы». Алекс Виленкин

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№51, январь 2007).

ЗАКОНЫ ВСЕЛЕННОЙ — ЭНЕРГИЯ МАГНЕТИЧНА 2017 Законы МИРОЗДАНИЯ


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: