10 чисел, на которых держится мир
Но сегодня физики выяснили: эти константы изменяются. Чем это нам грозит?
ЗАПОВЕДИ ФИЗИКОВ
У физиков к фундаментальным физическим константам такое же благоговейное отношение, как в Книге книг - к десяти заповедям Господним. И немудрено: ведь эти постоянные не изменяются ни во времени, ни в пространстве, они одинаковы в любой точке Вселенной. Многие из этих чисел мы знаем со школы: скорость света, гравитационная постоянная, масса электрона и другие. Они, можно сказать, образуют основу самой структуры Вселенной. И поэтому, если бы хотя бы одна величина сдвинулась на градус, на секунду, на грамм, мир, к которому мы привыкли, не появился бы вовсе. А если бы и возник, то вряд ли он был бы приспособлен для людей. В общем, нарушение стабильности постоянных чисел всегда пугало ученых своими неизвестными последствиями. Но сегодня выяснилось: в будущем с этими последствиями все-таки придется столкнуться. Новые результаты исследований, проведенных в Лундском университете (Швеция), показали, что некоторые фундаментальные константы - отношение между массой электрона и массой протона, а также сила электромагнитного взаимодействия - изменяются со временем.
- Эти изменения очень малы, но тем не менее они были измерены, - объясняет руководитель исследования профессор Свенерик ЙОХАНСЕН. - И эти измерения показывают: постоянные вовсе не постоянны. И, значит, наш мир не так стабилен, как всегда казалось.
Физики подсчитали: постоянные изменяются на несколько миллионных долей в течение шести миллиардов лет. Выходит, что Вселенная и человек через миллиарды лет или исчезнут вовсе, или изменятся так, как не придумает сегодня ни один фантаст и ни один режиссер Голливуда. Может, даже произойдет новый Большой взрыв, который породит новый мир, который будет держаться на новых постоянных числах.
- В связи с полученными результатами встает вопрос о кардинальном изменении существующей модели Вселенной, - заявляет профессор Йохансен. - И именно поэтому лично я считаю, что наши расчеты являются скорее обнадеживающими, чем настораживающими. Ведь наши знания о Вселенной далеки от совершенства. Более 90% всей существующей материи представляет для нас загадку - это так называемая темная материя. Мои коллеги также не могут прийти к единому мнению о том, что же случилось после Большого взрыва. Поэтому мы должны приветствовать любое новое знание, даже если оно не согласуется с существующей концепцией мироздания.
А вообще откуда взялись эти странные постоянные?
ИНЖЕНЕРЫ ВСЕЛЕННОЙ
Загадка появления мировых констант интриговала самого Эйнштейна. В этом он однажды признался в письме к своей бывшей студентке Ильзе Розенталь-Шнайдер. «Вопрос о физических константах - это один из самых интересных вопросов вообще, какие только можно, пожалуй, задать, - писал легендарный физик. - Откуда они произошли? Уж не выбрал ли их Бог в некотором роде наобум, взявшись за сотворение мира?.. Но я не могу себе даже представить целостную, разумную теорию, которая включала бы хоть одно число, произвольно, по своей прихоти, выбранное Творцом, число, на месте которого могло бы оказаться любое другое, причем мир в своих закономерностях стал бы тогда качественно совершенно иным».
И сегодня также разводят руками перед странной упорядоченностью мира ученики гения. Так, Эдвард ХАРРИСОН из Массачусетского университета, автор одного из лучших учебников по космологии, в своих книгах заявляет: «Вселенная - продукт творчества космических инженеров». «Они наверняка сделали множество попыток, прежде чем достигли желаемого, - пишет он. - Они, словно наши современники-экспериментаторы, целенаправленно меняли свойства вселенской материи, отстроив мир так же точно, как отлаживает свою программу какой-нибудь умник из «Силиконовой долины».
Загадочной «подогнанностью» параметров Вселенной к потребностям разумной жизни восхищался и известный британский астрофизик и фантаст Фред ХОЙЛ: «Кто-то здесь нарочито играл физическими законами». По словам Хойла, жизнь не появилась бы, если бы не было звезд, излучающих в пространство энергию. А она - энергия - получается в результате реакций превращения водорода в гелий, гелия - в углерод и так далее, ко все более тяжелым элементам, что в итоге привело к появлению планет, а стало быть, и жизни. Но весь этот цикл реакций не мог бы начаться, если бы атом углерода или атом кислорода имели чуть-чуть иные энергетические характеристики.
«Это «чуть-чуть» на языке ядерной физики означает отличие в миллионных долях, - поражался Хойл. - Кто же так тонко «подогнал» эти энергетические характеристики углерода и кислорода под появление жизни? Как будто кто-то специально «играл» с константами».
Итог сомнениям своих коллег подвел британский математик, профессор Кембриджского университета Джон БЭРРОУ, когда получал премию фонда Темплтона более чем в полтора миллиона долларов. Такими деньгами фонд награждает тех ученых, кто способствует разрешению противоречий между наукой и религией.
- Хотя физические константы - это всего лишь числа, на самом деле они гораздо больше, чем просто числа, - поделился своими размышлениями во время вручения премии профессор Бэрроу. - Они - тайный шифр, с помощью которого мы, наверное, когда-нибудь разрешим загадку мироздания. Но сегодня они выражают вкупе пределы нашего знания и незнания. С одной стороны, мы готовы все точнее измерять значения этих констант, а с другой стороны, истолковать их не можем - не объяснили до сих пор смысла ни одной из величин. И нас до сих пор пугает тот факт, что система констант напоминает затейливо выстроенный карточный домик. Пока ни одна карта не дрогнет, непоколебимо высится вся постройка. Однако стоит изменить положение хоть одной карты, как конструкция зашатается и рухнет.
СПИСОК ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ КОНСТАНТ
Сколько же всего существует фундаментальных констант? Физики признаются, что пока не могут точно оценить их количества: еще не все удалось отыскать, а некоторые из них, видимо, вообще можно получить только путем сложных математических вычислений. Но на сегодня в новейшем перечне, который составила группа известных физиков - Макс Тегмарк, Энтони Агирре, Мартин Рис и нобелевский лауреат Фрэнк ВИЛЬЧЕК, - их содержится 37. Но только 10 из них считаются самыми важными.
* Число пространства: число Архимеда пи - 3,1415926535…
* Число хаоса: константа Фейгенбаума - 4,66920016…
* Число времени: число Непера - 2,718281828…
* Число света: постоянная тонкой структуры - 1/137,0369990…
* Число окружающего мира: мнимая единица - √-1
* Число микромира: масса протона - 1836,152…
* Число темной материи: космологическая константа - 110 000 г/м3
* Число Большого взрыва: постоянная Хаббла - 77 км/с /МПс
* Число гравитации: планковская масса - 21,76… мкг
* Число бесконечности: число Грэхема G63 - это громоздкое уравнение является самым большим в мире и занесено даже в Книгу рекордов Гиннесса.
ПРОГНОЗ
Если бы была иной…
…плотность темной энергии, то Вселенная начала бы слишком быстро расширяться или сжиматься и тогда не успели бы образоваться галактики и звезды.
…плотность первородного газа через сотни тысяч лет после Большого взрыва, то температура галактик оказалась бы настолько горячей, что это привело бы к увеличению плотности звезд и тогда планеты не могли бы удерживаться на своих орбитах, притягиваясь к светилам.
…сила, скрепляющая атомные ядра, то процесс термоядерной реакции в недрах звезд прекратился бы, и не произошел бы синтез тяжелых элементов, и не образовался бы углерод - основа жизни.
…сила гравитации, то Вселенная давно пережила бы коллапс или настолько быстро расширилась, что Солнце не успело бы зародиться или просуществовало бы всего миллион лет.
…масса электронов, то не образовались бы твердые тела и не могли протекать большинство химических реакций, лежащих в основе жизненных процессов.
МНЕНИЯ СПЕЦИАЛИСТОВ
Действительный член РАН, доктор физико-математических наук, профессор Лев ОКУНЬ:
- Теоретически достаточно не десяти, а трех фундаментальных констант - скорости распространения света в вакууме (с), гравитационной постоянной (G) и постоянной Планка (h). Три фундаментальные константы - это единственно возможный базис, пригодный для описания основ физики. Все свыше этого было бы лишним. Кстати, еще в 1874 году английский физик Джордж Стони предложил «троицу физических первосущностей». Однако три «первосущности» - не предел. Сам немецкий физик, основатель квантовой теории Макс Планк мечтал о теории, в которой найдется место всего одной-единственной (!) константе, а все остальные станут производными от нее.
Доктор физики Леонард ЗУСКИНД, ведущий сотрудник Стэнфордского университета (Калифорния, США):
- Что, если мы живем не в единственном из миров, а в одном из множества миров? Быть может, Природа необычайно расточительна в своих свершениях и наряду с нашим мирозданием породила мириады миров, устроенных по другим принципам? По моим расчетам, количество возможных вселенных, в которых действуют различные законы и имеются разные физические константы, лежит в пределах от десяти в сотой до десяти в тысяча пятисотой степени.
