Взгляд со стороны. Естествознание и религия
Шрифт:
Если частица распадается на какие-либо частицы, нельзя сказать, что продукты распада содержались в ней в виде составных частей. В определённом смысле взаимопревращения частиц можно сравнить со взаимопревращениями чисел друг в друга.
Рассмотрим равенство 4=1+3. Как видим, превратилась четвёрка в единицу и тройку. Возможно превращение и тройки в четвёрку при «поглощении» ею единицы. Но в реальности состоит ли наша четвёрка из единицы и тройки? Не вмещает ли она бесконечный набор чисел? И где истина – в математическом равенстве или в нашем умозаключении? Существуют ли реально в природе числа?
Математика нас вводит в заблуждение. Природа – это не математика. Математический формализм – метафизические концепции и интерпретации физических процессов. Все физические законы и теории носят
Согласно современным представлениям учёных, весь материальный мир построен из элементарных частиц и античастиц, связанных разного вида взаимодействиями. Количество обнаруженных элементарных частиц измеряется сотнями. Видов фундаментальных взаимодействий между частицами известно всего четыре: гравитация, электромагнетизм, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие.
Гравитация притягивает друг к другу объекты, обладающие массой. С помощью электромагнетизма твёрдые тела становятся прочными и, несмотря на гравитацию, не проваливаются сквозь землю – одноименно заряжённые электроны в атомах на границах веществ отталкиваются друг от друга. Сильное и слабое взаимодействия управляют процессами на субатомном уровне. Удерживая вместе протоны и нейтроны, сильные ядерные силы формируют ядра атомов. Слабое взаимодействие управляет радиоактивным распадом и отвечает за основной источник энергии Солнца. Без слабого взаимодействия наше светило перестало бы существовать. И каждый из этих видов сил характеризуется своей константой.
Мы живём в точно настроенной и выверенной Вселенной. Если температура Солнца была бы меньше 5500 градусов Цельсия, Земля замёрзла, а при большей температуре всё живое сожжено. Будь Юпитер легче, и количество летящих из космоса комет к Земле резко возросло, и всё живое на Земле было бы уничтожено. Астрономы считают, что влияние Юпитера и Сатурна на Землю привело к удлинению её эллиптической орбиты и повлияло на наклон оси. Луна также способствует наклону Земли и устойчивости климата. Если бы наклон отсутствовал, испаряемая в океанах влага мигрировала к северу и югу, а континенты покрылись бы льдом. И это мизерная часть «случайностей» в Солнечной системе, благодаря которым на Земле существует жизнь.
Знакомство с общепризнанной, увенчанной Нобелевской премией Стандартной моделью физики элементарных частиц приводит к однозначному выводу: Вселенная организована таким образом, чтобы в ней могла существовать жизнь. Даже незначительное изменение численного значения одной из примерно 20 констант, входящих в Стандартную модель, полностью лишает Вселенную атомов. Изменение массы электрона всего на 0,2 % изменит время жизни звёзд настолько, что для эволюции живых организмов не хватит времени. Отклонение константы сильного взаимодействия всего на одну десятитысячную в ту или другую сторону сделает невозможным образование атомов углерода, а значит, и зарождение органической жизни будет невозможным.
Такая точная настройка Стандартной модели порождает много вопросов. Один из них – случайны ли наблюдаемые нами значения фундаментальных констант? И могло ли больше дюжины стабильных и взаимосвязанных друг с другом констант появиться случайным образом в момент или после Большого взрыва, по мере образования элементарных частиц и атомов?
Если Вселенная развивается случайным образом, то должны меняться во времени и фундаментальные константы. Учёные решили получить ответ на данный вопрос путём прямого измерения фундаментальных постоянных в различных областях Вселенной. Для измерения была выбрана одна из физических постоянных – постоянная тонкой структуры или постоянная Зоммерфельда. Данная константа является скалярной величиной, получена опытным путём и равная примерно 1/137. Она характеризует силу электромагнитного взаимодействия и определяет все основные свойства и характеристики
Безразмерная образована из комбинации других фундаментальных констант: элементарного электрического заряда е, приведённой постоянной планка ћ, скорости света в вакууме с и диэлектрической проницаемости свободного пространства 0. Она также может быть образована и в терминах других фундаментальных физических констант. Её численное значение не зависит от выбранной системы единиц, поэтому она хорошо подходит для ответа на поставленный вопрос.
Большинство экспериментальных данных подтверждают неизменность постоянной . Исследования, проведённые в 2016 году учёными из Института астрономии при Кембриджском университете и из Центра астрофизики и суперкомпьютерных вычислений в Технологическом университете Суинберна в Австралии показали, что постоянная тонкой структуры в галактике за последние 8,5 миллиарда лет не изменилась [14] .
Астрофизики из семи стран под руководством Майкла Вильчинского из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии установили, что физическая константа за последние 13 миллиардов лет – а это соответствует возрасту Вселенной 800 миллионов лет – сохранила своё значение с точностью до пятого знака после запятой. Однако, когда учёные рассмотрели полученные результаты совместно с другими измерениями константы, они заметили пространственные вариации постоянной на уровне статистической значимости [15] . Это указывает на то, что расхождение между современными и прошлыми значениями постоянной тонкой структуры зависит не от количества прошедшего времени, а от пространственного положения тех точек, где были сделаны замеры.
14
Kotus S., Murphy M. et al. High-precision limit on variation in the fine-structure constant from a single quasar absorption system, 2016. https://arxiv.org/abs/1609.03860.
15
Wilczynska M., Webb J. et al. Four direct measurements of the fine-structure constant 13 billion years ago. – Science Advances, 2020. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aay9672.
Неизменность константы подтверждает Стандартную модель. Однако существуют теории, в отличие от Стандартной, допускающие изменение фундаментальных констант во времени. Но для нас важно другое. Известно, будь всего на 4 % больше, производство углерода внутри звёзд стало бы невозможным, следовательно, и зарождение жизни также было бы невозможным.
Можно сделать однозначный вывод: если константа стабильна, наша Вселенная изначально была запрограммирована на возникновение жизни. Если же она изменяется – однородности и изотропности Вселенной нет, и человечество возникло в тот момент, когда возможно его существование. И нам отведён небольшой отрезок жизни во времени и крохотная часть пространства Вселенной с наблюдаемыми в настоящее время параметрами. Длительные наблюдения за космосом подтверждают единственность существования человеческой цивилизации.
В первые моменты существования горячей и плотной Вселенной количество частиц и античастиц было одинаковым. Из этого следует, что Вселенная вообще не должна существовать, – аннигиляция частиц и античастиц привела бы к тому, что Вселенная состояла только из излучения. Но, как известно, Вселенная почти полностью образована из материи.
Факт существования нашей Вселенной в форме вещества (барионов) и отсутствие сколь-либо значимого количества антивещества указывает на существенную неполноту современных знаний. Некоторые учёные полагают, что для описания современной картины микромира следует предположить существование дополнительных полей и взаимодействий.