Astronet > Antropnyi kosmologicheskii princip

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Antropnyi kosmologicheskii princip

M. K. Guseihanov

Dagestanskii gosudarstvennyi universitet, Mahachkala

Soderzhanie

Analiz razmernostei fundamental'nyh postoyannyh privodit k novomu ponimaniyu problemy v celom. Otdel'nye razmernye fundamental'nye postoyannye, kak uzhe otmechalos' vyshe, igrayut opredelyayushuyu rol' v strukture sootvetstvuyushih fizicheskih teorii. Kogda zhe rech' idet o vyrabotke edinogo teoreticheskogo opisaniya vseh fizicheskih processov, formirovaniya edinoi nauchnoi kartiny mira, razmernye fizicheskie postoyannye ustupayut mesto bezrazmernym fundamental'nym konstantam, takim, kak $\alpha_s$ , $\alpha_e$ , $\alpha_w$ , $\alpha_g$ , m_e / m_p i (m_n - m_p)/ m_N . Rol' etih postoyannyh v formirovanii struktury i svoistv Vselennoi ochen' velika. Postoyannaya tonkoi struktury a_e yavlyaetsya kolichestvennoi harakteristikoi odnogo iz chetyreh fundamental'nyh vzaimodeistvii, sushestvuyushih v prirode, - elektromagnitnogo. Pomimo elektromagnitnogo vzaimodeistviya fundamental'nymi vzaimodeistviyami yavlyayutsya takzhe gravitacionnoe, sil'noe i slaboe. Sushestvovanie bezrazmernoi konstanty elektromagnitnogo vzaimodeistviya $\alpha_e = e^2 /(\hbar c) \approx 1/137$ predpolagaet, ochevidno, nalichie analogichnyh bezrazmernyh konstant, yavlyayushihsya harakteristikami ostal'nyh treh tipov vzaimodeistvii. Eti konstanty takzhe harakterizuyutsya sleduyushimi bezrazmernymi fundamental'nymi postoyannymi:

konstanta sil'nogo vzaimodeistviya $\alpha_s \approx 1$ ;
konstanta slabogo vzaimodeistviya
$\alpha_w = \frac{g_F m_p c^2}{\hbar^3} \approx 10^{-5},$

gde velichina $g_F = 10^{-5} / m_p \approx 10^{-61}$ Dzh $\cdot$ m3 - postoyannaya Fermi dlya slabyh vzaimodeistvii;
konstanta gravitacionnogo vzaimodeistviya
$\alpha_g = \frac{G m^2_p}{\hbar c} \approx 10^{-39}.$

Chislovye znacheniya konstant $\alpha_s$ , $\alpha_e$ , $\alpha_w$ i $\alpha_g$ opredelyayut otnositel'nuyu silu etih vzaimodeistvii. Tak, elektromagnitnoe vzaimodeistvie primerno v 137 raz slabee sil'nogo. Konstanty vzaimodeistviya opredelyayut takzhe, naskol'ko bystro idut prevrasheniya odnih chastic v drugie v razlichnyh processah. Konstanta elektromagnitnogo vzaimodeistviya opisyvaet prevrasheniya lyubyh zaryazhennyh chastic v te zhe chasticy, no s izmeneniem sostoyaniya dvizheniya plyus foton. Konstanta sil'nogo vzaimodeistviya yavlyaetsya kolichestvennoi harakteristikoi vzaimnyh prevrashenii barionov s uchastiem mezonov. Konstanta slabogo vzaimodeistviya $\alpha_w$ opredelyaet intensivnost' prevrashenii elementarnyh chastic v processah s uchastiem neitrino i antineitrino.

Neobhodimo otmetit' eshe odnu bezrazmernuyu fizicheskuyu konstantu, opredelyayushuyu razmernost' fizicheskogo prostranstva, kotoruyu oboznachim cherez N. Dlya nas yavlyaetsya privychnym to, chto fizicheskie sobytiya razygryvayutsya v trehmernom prostranstve, to est' N = 3, hotya razvitie fiziki neodnokratno privodilo k poyavleniyu ponyatii, ne ukladyvayushihsya v zdravyi smysl, no otobrazhayushih real'nye processy, sushestvuyushie v prirode.

Takim obrazom, klassicheskie razmernye fundamental'nye postoyannye igrayut opredelyayushuyu rol' v strukture sootvetstvuyushih fizicheskih teorii. Iz nih formiruyutsya fundamental'nye bezrazmernye postoyannye edinoi teorii vzaimodeistvii $\alpha_s$ , $\alpha_e$ , $\alpha_w$ i $\alpha_g$ . Eti i nekotorye drugie konstanty, a takzhe razmernost' prostranstva N opredelyayut strukturu Vselennoi i ee svoistva.

3. Antropnyi kosmologicheskii princip

Pochemu iz beskonechnoi oblasti vsevozmozhnyh znachenii fundamental'nyh fizicheskih postoyannyh, harakterizuyushih fizicheskie vzaimodeistviya, i beskonechnogo raznoobraziya nachal'nyh uslovii, kotorye mogli sushestvovat' v ochen' rannei Vselennoi, realizuyutsya velichiny i usloviya, privodyashie k vpolne konkretnomu naboru osobennostei, nablyudaemyh nami? V prostranstve N izmerenii tochechnye istochniki vzaimodeistvuyut s siloi $F \sim 1 / r^{N-1}$ , gde r - rasstoyanie mezhdu istochnikami. Mozhno pokazat', chto ustoichivye dvizheniya dvuh tel, vzaimodeistvuyushih po takomu zakonu, otsutstvuyut pri N > 3. Eshe v 20-e gody XX stoletiya P. Erenfest pokazal, chto esli by chislo prostranstvennyh koordinat N bylo ravno chetyrem, to ne sushestvovalo by zamknutyh orbit planet i, estestvenno, Solnechnoi sistemy i cheloveka. Pri N = 4 byla by nevozmozhna takzhe atomnaya struktura veshestva. Pri N < 2 dvizhenie proishodit v ogranichennoi oblasti. Tol'ko pri N = 3 vozmozhny kak svyazannye, tak i nesvyazannye dvizheniya, chto kak raz i realizuetsya v nablyudaemoi Vselennoi.

Issledovaniya pokazyvayut, chto Vselennaya, v kotoroi my zhivem, udachno prisposoblena dlya nashego sushestvovaniya. Osnovnye svoistva Vselennoi ob'yasnyayutsya znacheniyami neskol'kih fundamental'nyh postoyannyh (gravitacionnaya postoyannaya, massa protona i elektrona, zaryad elektrona, skorost' sveta i dr.).

V nablyudaemoi Vselennoi sushestvuet udivitel'noe sovpadenie, vernee, soglasovanie energii rasshireniya Vselennoi i gravitacionnoi energii, znacheniya fundamental'nyh konstant gravitacionnogo, sil'nogo, elektromagnitnogo vzaimodeistvii imeyut takie znacheniya, chto obespechivayut vozmozhnost' vozniknoveniya galaktik i zvezd, v tom chisle stabil'nyh, v kotoryh termoyadernye reakcii protekayut v techenie mnogih milliardov let.

Dlya illyustracii svyazi harakteristik Vselennoi s fizicheskimi konstantami predstav'te sebe, chto proizoshlo by pri izmenenii znachenii fundamental'nyh mirovyh postoyannyh. Naprimer, esli by massa elektrona byla v tri-chetyre raza vyshe ee nyneshnego znacheniya, to vremya sushestvovaniya neitral'nogo atoma vodoroda ischislyalos' by neskol'kimi dnyami. A eto privelo by k tomu, chto galaktiki i zvezdy sostoyali by preimushestvenno iz neitronov i mnogoobraziya atomov i molekul, ih v sovremennom vide prosto ne sushestvovalo by.

Sovremennaya struktura Vselennoi ochen' zhestko obuslovlena velichinoi $\Delta m_n = m_n - m_p$ , to est' raznicei v massah neitrona i protona. Raznost' ochen' mala i sostavlyaet vsego okolo 10^-3 ot massy protona. Odnako esli by ona byla v tri raza bol'she, to vo Vselennoi ne mog by proishodit' nukleosintez i v nei ne bylo by slozhnyh elementov. Uvelichenie konstanty sil'nogo vzaimodeistviya vsego na neskol'ko procentov privelo by k tomu, chto uzhe v pervye minuty rasshireniya Vselennoi vodorod polnost'yu vygorel by i osnovnym elementom v nei stal by gelii.

Konstanta elektromagnitnogo vzaimodeistviya tozhe ne mozhet sushestvenno otklonyat'sya ot svoego znacheniya 1/137. Esli by, naprimer, ona byla 1/80, to vse chasticy, obladayushie massoi pokoya, annigilirovali by i Vselennaya sostoyala by tol'ko iz bezmassovyh chastic.

Dostatochno bylo by sravnitel'no nebol'shogo otlichiya konstant ot sushestvuyushih v deistvitel'nosti, chtoby libo galaktiki i zvezdy voobshe ne uspeli vozniknut' k nashemu vremeni (esli by konstanta gravitacionnogo vzaimodeistviya byla na 8-10% men'she), libo zvezdy evolyucionirovali slishkom bystro (esli by ona byla bol'she na 8-10%). V sootnoshenii konstant obnaruzheny takie tonkosti, chto, naprimer, konstanta sil'nogo vzaimodeistviya obespechivaet protekanie yadernogo sinteza v nedrah zvezd s obrazovaniem ugleroda i kisloroda, kotorye postavlyayutsya v kosmos pri vzryve sverhnovyh zvezd i sluzhat v dal'neishem materialom dlya formirovaniya zvezd vtorogo pokoleniya tipa Solnca i planetnyh sistem. Yasno, chto dazhe nebol'shogo otkloneniya ot konstanty sil'nogo vzaimodeistviya bylo by dostatochno, chtoby zhizn' na Zemle okazalas' nevozmozhnoi. Esli by velichiny etih konstant neskol'ko otlichalis' ot ih znachenii, to svoistva Vselennoi byli by sovsem drugimi. Eti samye svoistva yavlyayutsya usloviyami vozniknoveniya toi formy zhizni, kotoraya sushestvuet na Zemle. Sushnost' antropnogo principa v tom, chto zhizn' yavlyaetsya neot'emlemoi chast'yu Vselennoi, estestvennym sledstviem ee evolyucii. My vidim, takim obrazom, chto nasha real'naya Vselennaya porazitel'no prisposoblena dlya vozniknoveniya i razvitiya v nei sushestvuyushei formy zhizni. Mozhno skazat', chto nam prosto povezlo - konstanty v Metagalaktike okazalis' blagopriyatnymi dlya vozniknoveniya zhizni, poetomu my sushestvuem i poznaem Vselennuyu. No naryadu s takoi Metagalaktikoi imeyutsya mnogie drugie s inymi konstantami, s drugim raspredeleniem materii, geometriei i dazhe, vozmozhno, s drugimi razmernostyami prostranstva, sovershenno nepodhodyashimi dlya zhizni, s usloviyami, kotorye trudno voobrazit'.

Drugie Metagalaktiki - eto miry inyh konstant. Nekotorye iz nih sovsem nepohozhi na nashu Vselennuyu, no vpolne vozmozhno, chto v kakih-to metagalaktikah est' i razumnye sushestva.

Sut' antropnogo principa, sformulirovannogo G.M. Idlisom iz Instituta istorii estestvoznaniya RAN v 1958 godu, v sleduyushem: Vselennaya takova, kakoi my ee vidim, poskol'ku v nei sushestvuem my, to est' nablyudateli, sposobnye zadat'sya voprosom o svoistvah Vselennoi. Pri drugih parametrah vo Vselennoi nevozmozhny slozhnye struktury i zhizn' v izvestnyh nam formah [3].

Vyshe bylo otmecheno, chto dazhe nebol'shie izmeneniya fundamental'nyh postoyannyh privodyat k kachestvennym izmeneniyam svoistv Vselennoi, v chastnosti k nevozmozhnosti sushestvovaniya slozhnyh struktur, a znachit, i zhizni [4].

Oblasti poyavleniya neobhodimyh uslovii dlya vozniknoveniya zhizni

Vozmozhnost' soglasovannogo i sil'nogo izmeneniya vsego nabora fizicheskih konstant, parametrov Vselennoi (a v principe i fizicheskih zakonov) tak, chtoby poluchit' modeli drugih vselennyh, v kotoryh vypolneny esli ne dostatochnye, to hotya by neobhodimye usloviya dlya vozniknoveniya slozhnyh struktur i zhizni, predstavlyaetsya interesnoi. Konechno, takaya zadacha v polnom ob'eme poka nerazreshima, poetomu v rabote [3] avtory ogranichilis' rassmotreniem vozmozhnyh vzaimosvyazannyh izmenenii dvuh konstant $\alpha_e$ i $\alpha_g$ . Razreshennye oblasti parametrov $x=\lg \alpha^{-1}_e$ i $y= \lg \alpha^{-1/4}_g$ obrazuyut dva ostrova ustoichivosti struktur (ris. 2). Tochka O sootvetstvuet nashei Vselennoi. Raschety pokazyvayut, chto v oblasti A'V'S'D' obrazovanie slozhnyh struktur i zhizni nevozmozhno, tak kak minimal'naya massa ob'ekta v etoi oblasti poryadka 10^-5 g (massa pylinki). Vselennye zhe, v kotoryh znacheniya fundamental'nyh postoyannyh neskol'ko otlichayutsya ot takovyh v nashei Vselennoi, no v kotoryh takzhe vozmozhno sushestvovanie zhizni, mogut sushestvovat' (oblast' AVSD ). V nei vypolnyayutsya neobhodimye dlya obrazovaniya slozhnyh struktur usloviya, oblast' zhe neobhodimyh i dostatochnyh uslovii mozhet byt' sushestvenno men'shei.

Zaklyuchenie

V nashei Vselennoi proizoshla dovol'no-taki tochnaya podgonka chislovyh znachenii fundamental'nyh konstant, neobhodimyh dlya sushestvovaniya ee osnovnyh strukturnyh elementov: yader, atomov, zvezd i galaktik. Ih ustoichivost' sozdaet usloviya dlya formirovaniya bolee slozhnyh neorganicheskih i organicheskih struktur, a v konechnom schete i zhizni. Sushnost' antropnogo kosmologicheskogo principa sostoit v tom, chto zhizn' yavlyaetsya neot'emlemoi chast'yu Vselennoi, estestvennym sledstviem ee evolyucii. Iz-za togo, chto v ochen' rannei Vselennoi realizovalis' velichiny i usloviya, privedshie k vpolne konkretnym znacheniyam sovremennyh fundamental'nyh fizicheskih postoyannyh, harakterizuyushih fizicheskie vzaimodeistviya, stalo vozmozhno nalichie izvestnoi nam Vselennoi, i my imeem vozmozhnost' poznavat' imenno ee [5]. Pri etom voznikaet dovol'no interesnyi i slozhnyi so vseh tochek zreniya vopros o prichinah sushestvovaniya takoi nachal'noi podgonki znachenii fundamental'nyh postoyannyh. Budem nadeyat'sya na to, chto blizhaishee budushee nauki dast otvet na etot vopros.

Literatura

1. Linde A.D. Razduvayushayasya Vselennaya // Uspehi fiz. nauk. 1984. T. 144, vyp. 2.

2. Spiridonov O.P. Fundamental'nye fizicheskie postoyannye. M.: Vyssh. shk., 1991. 236 s.

3. Novikov I.D., Polnarev A.G., Rozental' I.L. Chislovye znacheniya fundamental'nyh postoyannyh i antropnyi princip // Izv. AN ESSR. 1982. T. 31, N 3.

4. Rozental' I.L. Fizicheskie zakonomernosti i chislovye znacheniya fundamental'nyh konstant // Uspehi fiz. nauk. 1980. T. 131, vyp. 2.

5. Sutt T.Ya. Ideya global'nogo evolyucionizma i princip antropnosti. M., 1986.

Recenzent stat'i V.M. Lipunov

Nazad

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce