Тонкая настройка Вселенной

Написано: 29.12.2018

Жанр: Научно-популярное

Тема: Астрофизика

Вселенная кажется нам очень огромной и фундаментальной структурой. Однако вся вселенная одновременно с этим, является очень хрупкой и тонко настроенной. Если бы хоть какие-нибудь физические константы были бы меньше или больше на такое маленькое значение как 0.1%, то тогда весь мир и вообще вся вселенная в целом, скорее всего, попросту не существовали бы. И вот несколько тому примеров.

1. 
   Период полураспада свободного нейтрона, (свободный нейтрон — это такой нейтрон, который существует вне атома, проще говоря, сам по себе) – 611 секунд, или около 10 минут.

Строение атома по модели Резерфорда

Но мы можем наблюдать сложные структуры и системы вокруг нас благодаря тому, что нейтроны, при попадании в ядро какого-либо атома, становятся стабильны и не распадаются.
Но давайте подойдём ближе к теме того, какой изящно настроенной является вселенная. Оказывается, что если протоны (частицы, имеющие положительный заряд) были бы легче, хотя бы на такую маленькую цифру как 1%, то вся известная нам вселенная попросту была бы пустым пространством, заполненным исключительно водородом, а именно, его простейшим изотопом, протием. Все остальные химические элементы были бы или невозможны, или очень нестабильны. Связано это с тем, что в атоме разность масс нейтрона и протона (масса одного нейтрона больше, чем масса одного протона и электрона вместе взятых) меньше, чем энергия их связи в ядре атома. За счёт этого и существует большинство известных нам стабильных элементов. Но если сделать электрон легче на 1% (или наоборот, увеличить массу нейтрона на 1%), разность их масс превысит энергию связи, и абсолютно ВСЕ нейтроны в ядрах были бы нестабильны, и как результат этого – все ядра (кроме водорода) распались бы за очень короткое время. Вряд ли хоть одна форма жизни смогла бы существовать во вселенной, в которой единственное стабильное вещество это водород.

2. Скорость света (как мы знаем, она равняется приблизительно 300000 км/c) как будто идеально сбалансирована для существования сложных форм жизни

Формула скорости света

Например, будь скорость света чуть меньше чем нынешняя, согласно известному (или по крайней мере, знакомому всем) соотношению E = mc^2 (энергия физического тела равна его массе, умноженной на квадрат скорости света в вакууме), в термоядерных реакциях выделялось бы заметно меньше энергии, это сокращало бы время жизни звёзд так сильно, что на планетах вокруг них разумная жизнь попросту не успевала бы зародиться до смерти самой звезды. Похожая ситуация и с тем, если бы свет был бы быстрее. В этом случае нам бы пришлось полностью забыть о каких-либо постоянных магнитах, они были бы слишком слабы, чтобы быть хоть сколько-нибудь полезны. В результате этого, магнитное поле земли (по сути, удерживающее ионосферу) не могло бы существовать, и впоследствии все вредные излучения из космоса попадали бы на поверхность планет, делая невозможным появление там сложных организмов.

3. Гравитация, подобно скорости света, так же имеет удивительно благоприятные для нас характеристики и константы.

На фото: Зелёная сетка иллюстрирует гравитацию, фиолетовая - тёмную энергию. Источник: NASA

Если бы гравитация была бы сильнее, то сила притяжения уже давно остановила бы расширение вселенной и смогло бы сжать её обратно (в сингулярность), не было бы никаких звёзд-гигантов (такие звёзды мгновенно становились бы сверхновыми). Кроме того, при большей гравитационной постоянной, звёзды поменьше были бы намного горячее. Связано это с тем что гравитационное сжатие было бы намного больше, и в результате этого для его предотвращения температура (и начала термоядерных реакций) температура в центре звезды должна была бы быть больше чем нынешние 10⁷ Кельвинов (грубо говоря, 99.999.727 градусов по Цельсию) Гравитация послабее тоже не принесла бы нам абсолютно ничего хорошего: если бы гравитация была бы чуточку слабее, то тогда звёзды формировались бы дольше, а планеты вокруг звёзд не могли бы формироваться вообще, а если она была бы намного слабее, то и звёзды не смогли бы «светиться» (именно гравитационное сжатие делает их горячими и достаточно плотными для начала ядерного синтеза).
Так же можно вспомнить множество других примеров, взять хотя бы то же количество пространственных измерений, если бы их было бы четыре или больше (а не три), то тогда орбиты планет были бы нестабильны, и они просто упали бы на свои звёзды по спирали. Почему? В трёхмерном пространстве действует закон обратных квадратов. Смысл закона, простыми словами, состоит в том, что сила какого-либо действия обратно пропорциональна квадрату расстояния. Возьмём простой пример, представим, что мы светим карманным на абсолютно ровную стену, площадь которую мы освещаем этим фонариком равняется квадрату расстояния от источника света до стены. Если мы увеличим расстояние от источника света до этой стены в три раза, то мы осветим в девять раз большую площадь стены, при увеличении расстояния в четыре раза – площадь на которую падает свет увеличится в шестнадцать раз, и так далее. Так же и гравитация подчиняется этому самому закону. И в четырёх и более-мерном пространстве силы гравитационных поля звёзд убывали бы намного быстрее, в итоге делая невозможным образование стабильных орбит в космическом пространстве. Кроме того, похожая история наблюдалась бы и с атомами, стабильные орбиты вообще невозможны по определению если количество пространственных измерений > 3. В двухмерном же пространстве орбиты так же невозможны из-за того, что в таком пространстве гравитационные силы были бы слишком слабыми для формирования каких-либо постоянных орбит, ну а орбиты в одномерном пространстве не имеют абсолютно никакого физического смысла.

Заключение

При малейшем изменении какой-либо составляющей – вся известная нам вселенная начинает попросту распадаться. Словно все значения и параметры «подобраны» друг к другу так, что по-другому быть никак не может. Тогда почему же нам так повезло? На это ответа нет. Возможно, что все константы имеют какую-либо связь друг с другом, вот только практично доказанной теории «всего», которая описывала бы все закономерности на данный момент просто не существует (хотя и предлагаются разные варианты, например, та же теория струн о которой я обязательно напишу позже). Другая популярная теория, о которой Вы так же могли часто слышать, говорит о том, что «кто-то» или «что-то» могло специально установить такие «параметры» чтобы сделать зарождение сложных организмов и цивилизаций возможным, и как результат, мы живём в какой-то подобии «симуляции». Можно вспомнить религию, множество философских концепций о том, что весь мир — это иллюзия, а также современные теории о том, что наша вселенная это какая-то компьютерная программа. При всей эксцентричности этого объяснения, в неё действительно верят многие известные люди, такие как Илон Маск, Ник Бостром, Рэймонд Курцвейл и другие. Третье объяснение называется «Антропный Принцип», и согласно нему (точнее его «слабому» варианту), при появлении нашей, бесконечной вселенной, разные её части просто «окуклились» в замкнутые и причинно не связанные друг с другом системы и пространства, и каждая из этих частей имеет совершенно разные наборы констант и частиц. И в нашей части вселенной оказались условия, благоприятные для жизни. Совершенно так же, как и в ситуации с планетарными системами, во вселенной таких замкнутых систем множество, и некоторые из имеют хорошие и плохие условия для зарождения жизни в них, но располагаются они в одной, как было ранее сказано, бесконечной вселенной. Однако найти ответ на столь огромные и сложные вопросы в наше время, к несчастью, является невозможным, и поэтому на данный момент единственное что нам остаётся — это только рассуждать.

Автор: Дэвид Станкевич

Источник: NASA (ISS022-E-6674)

Материалы

· Стивен Хокинг. Мир В Ореховой Скорлупке (2001)

· Франк Бургбахер, Клаус Лэммерцаль, Альфрэдо Матиас. Есть Ли Стабильный Атом Водорода В Более Высоких Измерениях? (1999)

· Марио Рабиновитц. Почему Наблюдаемая Вселенная Исключительно Трёхмерная (2014)

· Джон Бэрроу, Фрэнк Тайплер, Джон Уиллер. Антропный Космологический Принцип (1988)

· Борис Ишханов, Игорь Капитонов, И. А. Тутынь. Нуклеосинтез Во Вселенной (1998)