Единая теория поля: Философский анализ современных проблем физики элементарных частиц и космологии. Опыт синергетнческого осмысления - Минасян Л.А.
ISBN 5-4S4-G0179-X
Скачать (прямая ссылка):
О каком совпадении больших чисел, собственно, идет речь?
Уже в 1930 году Эддингтон и Дирак были поражены любопьгшым и неожиданным совпадением некоторых очень больших чисел, рассчитанных из атомной физики и космологии — областей физики, которые в ту пору были явно несвязанными. Это сейчас можно говорить о полном слиянии космологии и физики элементарных частиц. Это привело к возникновению ряда «экзотических теорий с изменяющимися фундаментальными постоянными». В 1959 году вышла книга Бонди[171], в которой перечислялись некоторые «совпадения больших чисел»: «первое совпадение больших чисел», «второе совпадение больших чисел» и т, д.л которые рассматривались как свидетельства обоснованности введения предлагаемых экзотических теорий. В прекрасной популярной книге Дэвиса «Случайная Вселенная» [49] можно получить довольно обстоятельньщ анализ всех этих широко известных совпадений, рассмотренных на основании современного развития физических теорий и через призму антропного принципа. Представляется важным кратко воспроизвести это содержание.
Проблема совпадения больших чисел состоит в факте тонкого подбора значений констант различных типов взаимодействий, что имеет судьбоносное значение для нашей Вселенной.
Отношение константы электромагнитного взаимодействия к константе гравитационного взаимодействия дает примерно число і О40, которое
104
Главе 2
совпадает с некоторыми другими важными характеристиками, которые приводятся ниже:
-1 i/Ист
L Число протонов находящихся в области, максимального современного размера Вселенной, доступной наблюдениям (то есть расстояние ctH, на которое распространился свет за время Хаббла — область радиуса Хаббла), составляет
Число частиц, содержащихся в типичной звезде, дастся формулой:
^«^=(10^=1060.
2. Отношение времени возраста Вселенной к характерному ядерному времени:
3. Время возраста Вселенной — время Хаббла tH = — аЮ10 лет. По-
H
стоя иная Хаббла H характеризует скорость удаления друг от друга двух типичных галактик, находящихся на определенном расстоянии. Две галактики, расстояние между которыми, скажем 10 Мпс (около 30 млн световых лет) удаляются друг от друга со скоростью около 500 км/с. Постоянную Хаббла вводят как один характерный параметр, благодаря тому, что крупномасштабное распределение вещества во Вселенной весьма однородно.
4. Характерное ядерное время tN — время, за которое свет пересекает
прогон. Будем считать размер протона равным 10"Li м (комптоновская длина волны для протона), тогда *
ги *10-w с.
3-Ю8
5. Отношение характерного ядерного времени к времени Планка
На пути построения единой теории поля
105
Объединение фундаментальных постоянных ft, с, G позволяет получить фундаментальную единицу длины 1Р и времени tp, называемые, как
уже отмечалось, длиной Планка и временем Планка. Ожидается, что при этой длине и при этом характерном времени проявляются эффекты квантовой гравитации.
і
Повторение «мистического» числа 1040 привлекло внимание такого крупного физика как Дирак. В 1937 году он высказал идею о том, что совпадение двух таких невероятно огромных чисел, как возраст Вселенной (в ядерных единицах) и число частиц в доступной наблюдениям области, а также и значение , не может быть случайным. Однако возраст
Вселенной не является фундаментальной постоянной, а меняется со временем. Величина tH — это эпоха, в которую нам выпало жить. Поэтому
Дирак предположил, что гравитационная постоянная G также не должна быть постоянной величиной, а должна меняться обратно пропорционально времени, т е. уменьшаться так, чтобы соотношение
было справедливым во все эпохи, т е. он поставил вопрос о постоянстве константы G Им и Йорданом были предприняты попытки создания теории с изменяющейся гравитационной постоянной. Однако убедительных данных наблюдений, подтверждающих изменения G, нет. Картер в своем докладе отмечает; «Теперь я убежден в обратном: эти совпадения не только далеки от того, чтобы служить свидетельством в пользу таких экзотических теорий, скорее следует считать, что они подтверждают „обычную" (расширяющаяся Вселенная в общей теории относительности) физику и космологию, которые могли бы, в принципе, до наблюдений, предсказать все эти совпадения. Однако для таких предсказаний обязательно требуется некий принцип, который можно назвать антропологическим принципом и согласно которому то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей. (Хотя наше положение не обязательно является центральным, оно неизбежно в некотором смысле привилегированное.)» [7 L С. 370]. Так что позиция
106
Глава 2
Картера, а первоначально Дикке есть альтернативное Дираку объяснение совпадения больших чисел.
Обратимся к вопросу, как же влияют перечисленные совпадения на структуру Вселенной и на нашу с вами жизнь, в конечном счете.
Важное значение имеет тот факт, что константа гравитационного взаимодействия очень мала. Как видим, сила гравитации примерно в 1O4" раз слабее электромагнитных сил (скажем, в атоме водорода). Это соотношение определяет время жизни звезды. Можно было бы достаточно просто показать, что время жизни типичной звезды
