Читать книгу "Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов"

А если бы значение гравитационной постоянной было меньше, силы тяготения не хватило бы для такого уплотнения звездного вещества, при котором возникают температуры, достаточные для возгорания термоядерной реакции – звезды класса Солнца бы не зажглись, а звезды крупнее не смогли бы наработать всю таблицу Менделеева.

То есть для возникновения жизни подходит лишь небольшой интервал этой постоянной.

А что случилось бы, если б соотношение масс протона и электрона было другим, то есть если бы протон был не в 1836 раз тяжелее электрона, а больше? Или меньше? В первом случае увеличилась бы мощность сильного взаимодействия, протоны объединились на ранней стадии развития Вселенной в гелий, и Вселенная оказалась бы лишена не только главного звездного топлива, но и вещества, создающего воду, – водорода.

А во втором случае (слишком легкие протоны) вообще ничего тяжелее водорода во Вселенной бы не было: протоны просто не смогли бы образовывать тяжелые ядра химических элементов, ядерное взаимодействие для этого было бы слишком слабеньким.

То же самое относится к массам электрона и нейтрона (точнее, к соотношению этих масс). И не только к массам, но и к зарядам. Скажем, если бы заряд протона был чуть больше, сила электростатического отталкивания не позволила бы собрать тяжелые элементы таблицы Менделеева, являющиеся основой жизни. А если бы заряд был чуть меньше, электроны не смогли бы надежно удерживаться возле ядер и не было бы вещества в привычном нам смысле слова, элементы просто не смогли бы собраться.

Кроме того, если бы заряд электрона был чуть-чуть другим, стала бы невозможной вся звездная кухня.

А если в цифрах?

Насколько Вселенная чувствительна к изменению указанных величин? Как сильно они должны измениться, чтобы привычный нам мир рухнул?

Это хороший вопрос.

Если изменить массу протона или нейтрона всего на тысячную (!) долю, никакой Вселенной из привычного нам вещества не получится. А будет Вселенная, состоящая из одних нейтронов да нейтрино (малюсенькая бесполезная частица, которая практически не взаимодействует с веществом и которая получается во время термоядерной реакции в звездах в качестве «выхлопа»).

То же самое касается и силы ядерного взаимодействия – изменись она на доли процента (0,2 %), и никакие сложные структуры, не говоря уже о жизни, в такой Вселенной были бы невозможны.

Далее. Когда-то в нашей Вселенной существовали во множестве так называемые античастицы, они возникли вместе с частицами. Что такое античастица – ну, например, антипротон? То же самое, что и протон (по массе, по размерам), только заряжен не положительно, а отрицательно. А еще бывает антиэлектрон, его называют позитроном. Позитрон по величине и массе такой же, как электрон, но имеет не отрицательный, а положительный заряд. В принципе, из античастиц можно было бы собирать антиматерию, скажем, атом антиводорода – это позитрон, запущенный вокруг антипротона.

Вот только нету во Вселенной никакого антивещества, антизвезд, антигалактик и антипланет. Лишь отдельные частички антиматерии ученым удается получать в ускорителях. В 1965 году отечественными физиками было создано ядро антигелия из двух антипротонов и антинейтрона. Но живет антивещество недолго. Не потому, что оно нестойкое, а потому что окружено обычным веществом и когда с ним сталкивается, происходит нечто ужасное. Или прекрасное, это как посмотреть!

Что же происходит, когда античастица сталкивается с частицей? Происходит аннигиляция – самый энергичный процесс из известных нам, когда частицы полностью исчезают – аннигилируют: вся их масса превращается в энергию, то есть в излучение. А в массе, друзья мои, сосредоточена просто колоссальная энергия! Масса – это овеществленная, «законсервированная» энергия. Если бы у нас был 1 грамм антивещества, то столкнув его с 1 граммом вещества, мы бы получили такую энергию, которая эквивалентна взрыву 10 тысяч тонн взрывчатки! Представляете?

И в ранней Вселенной антивещество было. Его было много! Но в первые же мгновения существования мира оно проаннигилировало с веществом и исчезло, превратившись в излучение (то самое, которое потом расцвечивало всю Вселенную, а теперь остыло до реликтового). Но вещества было чуть-чуть больше, чем антивещества – на миллиард частиц антивещества приходился миллиард и еще одна частица вещества. То есть от всей первоначальной материи Вселенной осталась после аннигиляции лишь одна двухмиллиардная часть. Из этой ничтожной доли и сделана нынешняя Вселенная и мы с вами.

Иными словами, тонкая настройка Вселенной допустила превышение частиц над античастицами ровно на одну миллиардную долю. Но если бы число частиц было всего на одну миллиардную долю меньше, вся Вселенная была бы сегодня пуста. В ней бы просто не было вещества.

И вот подобного рода значений и соотношений между ними, при изменении которых всего лишь на десятые доли процента, или вообще на миллиардную долю, нашего мира не было бы… таких вот чисел – констант и отношений – очень много! И не видно, чтобы все они как-то были зависимы друг от друга. Их набор представляется случайным.

Константа ядерного взаимодействия… Массы основных частиц… Так называемый резонанс в ядре атома углерода… Параметры электрослабого взаимодействия… Скорость света… Постоянная Планка… Значение энтропии Вселенной… Размерность пространства… И многие, многие фундаментальные физические постоянные, о которых мы даже не упомянули, но малейшее изменение которых делает наш мир невозможным, поневоле заставляют задуматься – как же так все разумно устроилось, ведь это же почти невероятно, чтобы все-все так точно совпало!

Уж не признак ли это разумного вмешательства? Может, кто-то специально так тонко подобрал все характеристики нашего мира, чтобы в нем стали возможными «долгоиграющие» звезды, сложные структуры да и сама жизнь?

Но физики к мистике не склонны. И потому решают этот вопрос довольно просто. Двумя способами… Их объяснения тайны тонкой подгонки параметров мира получили в науке специальное название – антропный принцип (от греческого «антропос», что означает «человек», поскольку параметры мира словно специально подогнаны так, чтобы дать возможность существования в нашей Вселенной жизни и человека).

Итак, объяснение первое:

– Возможно, константы и не могли быть другими, возможно они друг с другом взаимосвязаны и вытекают друг из друга, просто мы еще не знаем, как и почему. Но узнаем.

Второй способ объяснения:

– Да, все эти константы могли быть другими! И действительно их так много, а диапазоны нужных значений так малы, что необходимое для существования разумной жизни сочетание крайне, исчезающе маловероятно. Но если предположить, что Вселенные возникают постоянно в неисчислимом множестве, в каждой из мириадов Вселенных реализуется свой набор констант. Поэтому абсолютное большинство Вселенных – пусто и безжизненно. Но чисто статистически среди этих мириадов Вселенных существует небольшой процент таких, где все мировые константы случайным образом подбираются так, что в них становится возможным существование сложных структур, включая жизнь. И эта жизнь потом ломает голову, отчего же ей так повезло! А ничего особенно удивительного в этом нет: просто в тех Вселенных, где жизни нет (а их большинство), некому и спрашивать!