Э Розенталь - Геометрия, динамика, вселенная
Принцип целесообразности - это констатация факта, что существование основных устойчивых состояний обусловлено всей совокупностью физических закономерностей, включая размерность пространства и другие численные значения фундаментальных постоянных. Для существования основных устойчивых состояний физические закономерности не только достаточны, но и необходимы. Наш мир устроен очень хрупко, небольшое изменение его законов разрушает его элементы основные связанные устойчивые состояния, к которым можно отнести ядра атомов, атомы, звезды и галактики.
Здесь, разумеется, возникает вопрос: что означает слово "небольшое"? С первого взгляда может показаться, что в физике нет количественного критерия "величины" изменения закономерностей. Однако такая точка зрения совершенно неправильна. Оказывается, что в действительности такие критерии существуют и опираются на экспериментально хорошо изученные явления. В этой книге мы ограничимся немногими иллюстрациями`. На наш взгляд, наиболее впечатляющим примером является неустойчивость структуры Метагалактики относительно значения массы m| электрона. Действительно, при
e температурах T < 10**10 K атом водорода в Метагалактике абсолютно стабильный элемент. Эта стабильность обеспечивается самым суровым ограничением - законом сохранения энергии, запрещающим реакцию
p+e| -> n+v (65)
(p, n, e|, v - соответственно протон, нейтрон, электрон и нейтрино). Однако, используя значения превосходно измеренных масс частиц, участвующих в реакции (65), легко убедиться, что при увеличении массы m| более чем в 2.5 раза реакция
e (65) осуществлялась бы при сколь угодно малых температурах. А это означало бы, что при увеличении массы m| атом водорода
e коллапсировал бы в нейтрон и нейтрино.
-----------------------------------------------------------` Полное изложение аргументации неустойчивости физической структуры Метагалактики приводится в кн.: Розенталь И.Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. М.: Наука, 1984. -----------------------------------------------------------
Нетрудно очертить сценарий эволюции метагалактик, в которой электрон был бы тяжелей "нашего" в 2.5 раза, а все остальные законы (в том числе и константы) имели бы прежнюю форму.
В процессе эволюции Метагалактика при t| ~~ 10**6 лет
u существует эра нейтрального водорода, когда формируются галактики, поэтому эта эра играет исключительно важную роль. Однако в метагалактике с утяжеленным электроном почти все вещество в соответствии с реакцией (65) превратилось бы в нейтроны и нейтрино. Это означает, что в таком мире существовали бы исключительно нейтронные звезды и бесмассовые нейтральные частицы. Мир кардинально изменил бы свой лик. Этот факт мы и называем неустойчивостью структуры Метагалактики (в данном случае относительно значения массы m|). e
Далее следует задаться вопросом: велико или мало изменение значения массы m| в 2.5 раза? В физике подобная
e абстрактная постановка вопроса бессодержательна. Физический смысл имеют лишь относительные величины: велико или мало относительно некоторого эталона. Для значения массы m| мы
e обладаем таким эталоном. На ускорителях надежно измерено распределение примерно 300 элементарных частиц по их массам.
===РИС.9
На рис.9 представлено распределение dN / d log (m / m|)
p элементарных частиц по массам. Поскольку разброс масс превышает четыре порядка, распределение представлено в логарифмическом масштабе. Из рисунка можно сразу же сделать два вывода. Из спектра масс элементарных частиц выпадают две
+- 0 частицы: электрон в сторону малых масс и W|| (Z|)-бозон в
+- 0 сторону больших. Выброс, связанный с W|| (Z|)-бозоном, мы рассмотрим далее, а здесь сосредоточим внимание на исключительной малости массы электрона m|. Отношение
e m| / m| ~ 1 / 2000 (m| - масса протона, равная примерно e p p средней массе элементарных частиц). Для самой легкой после электрона частицы - мюона это соотношение m| / m| ~ 1 / 10 .
ю p Именно с этими цифрами и следует сравнивать гипотетическое увеличение массы m| в 2.5 раза. И в этом случае отношение m| / m| ~ 1 / 800, т.е. останется чрезвычайно малым. В e p спектре масс элементарных частиц при практически небольшом (в 2.5 раза) увеличении массы m| ничего не изменится, а
e физическая картина мира изменится катастрофически.
Таким образом, исключительная малость массы m|
e сравнительно с массами других частиц и катастрофа в структуре мироздания вследствие гипотетического увеличения m| свидетельствуют о неустойчивости структуры Метагалактики e относительно значения m| и о флюктуативности (большом
e отклонении) фундаментальной постоянной m| в распределении
e подобных величин (в данном случае масс элементарных частиц).
Аналогичные примеры неустойчивости структуры Метагалактики относительно численного значения фундаментальных констант можно существенно умножить. Мы здесь ограничимся ссылкой на уже упоминавшуюся книгу автора, где подобная аргументация приводится подробно. В пределах приведенных интервалов структура Метагалактики не изменяется. Вне этих интервалов одно или несколько основных устойчивых связанных состояний должны отсутствовать.
Ниже в таблице помещены данные о всех постоянных, которые, по нашему мнению, можно считать истинно фундаментальными в том смысле, что остальные можно считать истинно фундаментальными в том смысле, что остальные константы, которые обычно приводятся в таблицах так называемых "фундаментальных постоянных", как правило, выражаются через постоянные, представленные в нашей таблице. Например, характеристики атома водорода, звезд, галактик и даже Метагалактики можно представить через величины, помещенные в таблице (m|, m| - соответственно массы нейтрона
N p и протона, ALPHA|, ALPHA|, ALPHA|, ALPHA| - безразмерные
e s w g константы электромагнитного, сильного, слабого и гравитационного взаимодействий, f|, f| - максимальное и
+ минимальное значения факторов, на которые нужно умножить данную константу, чтобы сохранились все основные устойчивые связанные состояния).
f| Константа f| - +
? m| 2.5
e
0.4 m| - m| 1.6
N p
0.8 ALPHA| 1.6
e
0.9 ALPHA| 1.1
s
0.1 ALPHA| 10
w
? ALPHA| 10**4
g
1 N 1
Следует сделать несколько пояснений к таблице.
1. Отсутствует предел уменьшения значений m| и ALPHA|.
e g Однако представляется, что сама необыкновенная малость обеих величин (m| сравнительно с m| и ALPHA| сравнительно с
e p g другими константами ALPHA) ограничивает дальнейшее уменьшение этих величин.
2. Невозможность уменьшения величины размерности N (f| = 1) есть гипотеза, несколько выходящая за пределы принципа целесообразности. Как отмечалось выше, при N = 1, 2 устойчивость связанных состояний возрастает. Однако при N<3 резко уменьшаются возможности реализации сложных геометрических, а следовательно, и физических структур. Почти все реальные основные связанные состояния имеют трехмерную структуру. Уменьшение размерности приводит не только к радикальному изменению строения мира, но и к его значительному упрощению. Едва ли в таком простом пространстве возможно и образование сложных органических структур (антропный принцип, о котором речь пойдет далее). Отметим также, что в рамках идей общей теории относительности при N = 1, 2 отсутствует гравитационное притяжение.
3. В таблице отсутствуют две постоянные, которые безусловно следует отнести к разряду фундаментальных: скорость света c и постоянная планка HP. Однако эти постоянные входят в выражения для безразмерных постоянных ALPHA, поэтому таблица в известном смысле отражает пределы их изменения. Однако, на наш взгляд, ситуация с этими постоянными еще сложнее и интереснее. Константы c и HP определяют две фундаментальные теории: квантовую механику и теорию относительности, в то время как значения m и ALPHA характеризуют общее поведение определенных конкретных систем. В этом смысле постоянные c и HP более "фундаментальные", чем остальные постоянные, приведенные в таблице.
Подведем предварительные итоги.
Структура Метагалактики устойчива при данных значениях фундаментальных постоянных и неустойчива при иных.
Некоторые из этих постоянных (хотя речь шла об ALPHA| и
g m|, но в действительности число примеров можно умножить) e являются огромными флюктуациями в ряду подобных себе величин. Физические законы в Метагалактике обуславливают устойчивость состояний, а некоторые вариации законов разрушают устойчивость.
В 1937 г. американские физики К.Андерсон и С.Нидермайер открыли в космических лучах мюон. На первых порах к этому открытию отнеслись с недоверием. Было просто неясно, зачем природе нужна частица, копирующая электрон во всех свойствах, кроме массы (в первое время после его открытия мюон называли тяжелым электроном). Сомнения в методической достоверности опытов американских физиков были вскоре устранены, однако поставленный вопрос остался. ЗАчем нужен электрон - ясно; но тяжелый электрон - мюон - явное излишество природы. Этот вопрос с течением времени не только не разрешился, несмотря на многочисленные попытки объяснить место мюона в ряду элементарных частиц, но даже усложнился. В 1977 г. был открыт еще более тяжелый аналог электрона TAU-лептон. Кроме того, были открыты два типа нейтрино (электронное V| и мюонное V|). Никто не сомневался и в
