П.Девис. Краткая история Вселенной

...Раннюю Вселенную… можно характеризовать последовательнос­тью эпох. Самая ранняя эпоха продолжалась около 10⁴³ с, т. е. возраст Вселенной составлял около одной планковской единицы времени. В пределах этой так называе­мой эпохи Планка, вероятно, были значительными эффекты квантовой гравитации, приводившие к распаду структуры пространства-времени. Пока еще не разработана надежная теория квантовой гравитации, поэтому невозможны подробные исследования эпохи Планка.

В конце эпохи Планка температура была, вероятно, около 10³²К и присутствовали только элементарные строительные блоки вещества, плотность же была колоссальной - 10⁹⁷кг/м³. По мере падения температуры из строительных блоков (кварков? ) обра­зовывались адроны. При дальнейшем понижении температуры большинство этих адронов последовательно аннигилировали со своими античастицами. Частицы, которые избежали аннигиляции, являясь нестабильными, в конце концов распались.

Примерно через одну микросекунду после начала расширения вещество Вселен­ной состояло только из более легких частиц: протонов, нейтронов, электронов, мюонов, пионов и их античастиц, а также из нейтрино, фотонов и гравитонов. Тяжелые же частицы, например содержащие странный и очарованный кварки, к этому времени исчезли. Примерно через 10^-6 сек. после начала расширения температура стала слиш­ком низкой, чтобы поддерживать существование антипротонов и антинейтронов. При­мерно при 10^-3 сек. аннигилировали мюоны. Наконец, приблизительно через секунду в результате аннигиляции исчезли позитроны и остались только нейтроны, протоны, электроны, нейтрино, фотоны и гравитоны.

Температура продолжала снижаться, и тепловая энергия упала ниже энергии свя­зи сложных ядер, позволяя протонам и нейтронам объединиться. Вычисления показы­вают, что в этом первичном синтезе ядер образовалось около 25% (по массе) гелия, а остальное вещество почти полностью состояло из свободных протонов. Через не­сколько минут температура была уже слишком низкой для дальнейших реакций синте­за ядер, и успело образоваться за это короткое время лишь очень немного ядер тяже­лее, чем ядра гелия.

Постепенное охлаждение продолжалось, но его темп уменьшался со временем, так что потребовалось около 10⁵ лет, прежде чем температура достигла примерно 10⁴ К. При этой температуре свободные протоны и электроны рекомбинировали, образовав атомарный водород. На этой стадии вещество стало прозрачным для излучения, и с того времени вещество и излучение в значительной степени разъе­динились.

В конце концов охлаждавшийся газ образовывал облака, из которых возникли протогалактики. Области повышенной плотности притягивали дополнительное вещество, и их сила тяготения увеличивалась. Медленное сжатие этих протогалактик протекало под действием самогравитации. Одна за другой сменялись последовательные стадии фрагментации, и в конце концов в газовых облаках начался процесс звездообразова­ния. Поскольку эти облака (протозвезды) сжимались, происходило постепенное ра­зогревание протозвезд до тех пор, пока температуры центральных областей не под­нимались достаточно высоко (несколько миллионов градусов), чтобы начались термо­ядерные реакции. С началом выделения ядерной энергии сжатие прекращается, так как температура и давление в центре возрастают и уравновешивают силу гравитации. В конце концов протозвезды обретают равновесие, образуя объекты, которые мы на­зываем звездами.

...Рассмотренные в предыдущих двух главах удивительные совпадения и, по-ви­димому, случайная согласованность ряда величин производят впечатление, будто «про­исходит» что-то необыкновенное. В начале гл. 4 было сделано замечание о том, что, по-видимому, действует скрытый принцип, организующий Вселенную определенным образом. Как иначе объяснить, что энергия расширения Вселенной не только согласо­вана с ее гравитационной энергией, обеспечивая существование Вселенной по край­ней мере в течение времени в 10⁶⁰ раз большего, чем длительность естественной планковской единицы времени, но и согласована подобным же образом всюду в про­странстве-времени, даже в причинно не связанных областях? Как еще объяснить по­чти полное равенство (с точностью до знака) L_q и Ц или полную изотропию?

Несмотря на очевидную необходимость открыть на основе фундаментальной фи­зики космический принцип, способный объяснить эти поистине чудесные особеннос­ти, а также удивительные совпадения физики микромира, обсуждавшиеся в гл. 3, та­кой принцип не был еще предложен. Единственная систематическая попытка научно объяснить кажущуюся таинственной структуру физического мира основывается вовсе не на фундаментальной физике, а на биологии. Эта система аргументов обращается к неопровержимому и тем не менее на первый взгляд не относящемуся к делу свойству Вселенной - существованию разумной жизни на Земле.

Обычно в физике «наблюдатель» не принимается во внимание. Как правило, полагают, что мы здесь просто «на прогулке». Некоторые ученые подвергли сомнению это предположение, считая, что строение физического мира неотделимо от обитателей, наблюдающих его, в самом фундаментальном смысле. Они утверждают, что действи­тельно существует некий принцип, осуществляющий невероятно тонкую подстройку Вселенной. Но это не физический, а антропный принцип.

Антропный принцип

Предыдущие главы должны были убедить читателя в том, что строение физичес­кого мира определяется рядом наблюдаемых числовых совпадений. Многие из основ­ных свойств Вселенной определяются, в сущности, значениями фундаментальных по­стоянных природы, таких, как G, a, m_p и т. д. Эти свойства были бы совершенно ины­ми, если бы перечисленные постоянные имели значения, хотя бы слегка отличающи­еся от наблюдаемых. Ясно также, что для возникновения Вселенной, хотя бы отдален­но походящей на наблюдаемую, должны удивительно сложным образом взаимодей­ствовать многие, явно не связанные между собой области физики.

Все это побуждает задать вопрос: почему из бесконечной области всевозможных значений фундаментальных постоянных и из бесконечного разнообразия начальных условий, которые могли бы существовать в ранней Вселенной, реализуются величины и условия, приводящие к вполне конкретному набору весьма специфических особен­ностей, которые мы и наблюдаем? Безусловно, Вселенная - весьма специфический объект: чрезвычайно однородная в большом масштабе, но все-таки не настолько, что­бы не могли образоваться галактики; с очень низкой энтропией, приходящейся на один протон, и, следовательно, достаточно холодная для химических реакций; с практичес­ки равным нулю космологическим отталкиванием, и со скоростью расширения, согла­сующейся с энергосодержанием с невероятной точностью; с значениями постоянных взаимодействия, позволяющими существовать ядрам, однако не допускающими выгора­ния всего космического водорода, и многими не менее очевидными случайностями.

На эти совпадения обращали внимание многие ученые. На Эддингтона и Дирака произвело весьма сильное впечатление появление числа 10⁴⁰ в различных соотноше­ниях и они построили детально разработанные физические теории, чтобы объяснить эти совпадения. Эддингтон пытался вывести число 10⁴⁰ как следствие но­вых фундаментальных физических принципов, а Дирак предположил, что это большое число зависит от времени, причем G ∞ t ^-1. Впоследствии теория Дирака более де­тально разрабатывалась П. Иорданом (и самим Дираком). Иордан также пытался объяснить отношение (4.3) путем радикального отхода от общепринятой физики. По­зднее Картер обратил внимание на то, что он называл «замечательным совпадением» отношения (3.9), которое определяет, что типичные звезды лежат в пределах между голубыми гигантами и красными карликами.

На многих произвело сильное впечатление то, что даже существование разумных существ сильно зависит от структуры физического мира, который они изучают. Эти авторы утверждают, что если бы любое из точно отрегулированных условий, обсуж­давшихся в предыдущих главах, было нарушено, то жизнь, точнее, известная нам форма жизни была бы невозможна.

Картер замечает: «Существование любого живого существа, подходящего в каче­стве наблюдателя, будет возможно только при вполне определенных сочетаниях параметров». Дж.Барроу сформулировал проблему несколько иначе: «Уже само наше су­ществование влечет за собой строгий отбор типов Вселенной, которую мы могли бы познавать». В статье, которая начинается с весьма примечательного предложения «Мы существуем», Нанопоулос также придает важное значение отношению числа фотонов к числу протонов во Вселенной. «Наше существование, - утверждает он, - наклады­вает сильные ограничения на это отношение».

Комментарий Картера, по существу, означает, что если бы фундаментальные па­раметры имели другие численные значения, то нас бы не было и некому было бы комментировать этот факт. Но заявления Барроу и Нанопоулоса более определенны. А именно, что из нашего существования вытекает ограничение на возможную структу­ру Вселенной, в некотором смысле человек даже «выбирает» ее - идея, сформулиро­ванная Джоном Уилером следующим образом: «Вот человек, следовательно, какой же должна быть Вселенная? »

Высказывание Б. де Витта можно рассматривать как поддержку каждой из альтер­натив в умышленно двусмысленной и сжатой фразе: «Мир, в котором мы живем, есть мир, в котором живем мы».

Такие взгляды получили название антропного принципа. С годами для многих этот принцип стал очень емким. До обсуждения различных его толкований полезно приве­сти пример проявления его в самом подходящем случае, когда нельзя отрицать связь существования человека с проблемой.

Девис П. Случайная вселенная. - М., 1985.- С. 41-42, 44-47, 132-135.

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. ДВЕ КУЛЬТУРЫ: ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ

Сноу Ч.П. Две культуры……………………………………………………………….3

Гейзенберг В.. О соотношении гуманитарного образования, естествознания и

западной культуры……………………………………………………………………..8

Вайскпопф В. Физика в ХХ столетии………………………………………………...11

Гейзенберг В. Наука как средство взаимного понимания народов…………………14

2. ПРОБЛЕМА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Гейзенберг В.. Традиция в науке…………………………………………………….18

Борн М. Физика в жизни моего поколения………………………………………….20

Бор Н. Можно ли считать квантовомеханическое описание физической

реальности полным…………………………………………………………………...30

3. НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА

Гейзенберг В.. Картина мира…………………………………………………………37

Бор Н.. Единство знаний……………………………………………………………..41

Лукреций Кар. О природе вещей……………………………………………………50

Коперник Н. О вращениях небесных сфер…………………………………………54

Декарт. Р. Первоначала философии………………………………………………..57

Пуанкаре А. Эволюция современной физики………………………………………59

Планк М.. Единство физической картины мира……………………………………62

Планк М. Физическая картина мира…………………………………………………67

4. ПРОБЛЕМА ЭЛЕМЕНТАРНОГО ОБЪЕКТА

Вайскопф В.. Нильс Бор, квант и мир………………………………………………74

Аристотель. Бытие и материя………………………………………………………78

5. ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ

Планк М. Единство физической картины мира…………………………………….83

Гоббс Т. К читателю. О теле………………………………………………………89

Башляр Г.. Новый рационализм…………………………………………………..97

Берталанфи. Л.фон История и статус общей теории систем…………………103

Хакен Г. Порядок и беспорядок. Несколько типичных примеров……………116

6. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

Борн М. Ньютонова система мира. § 1. Абсолютное пространство и

абсолютное время……………………………………………………………….123

Лауэ М. К экспериментальной проверке общей теории относительности….127

7. КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ

Борн М.. § 12. Космология……………………………………………………...131

Дэвис П. Краткая история Вселенной………………………………………….140

 

 

Учебное издание

 

 

⇐ Предыдущая45678910111213

Поделиться:

Популярное:

1. II глава Немецкая история в романах И. Бобровского.
2. III. История и психология естественного символа
3. IV. История жизни (Anamnesis vitae)
4. БЛОК «ИСТОРИЯ ДЕТСКОГО САДА»
5. ВАЖНЕЙШИМИ ВНЕНАУЧНЫМИ СПОСОБАМИ РАСКРЫТИЯ ИСТИНЫ ЯВЛЯЮТСЯ ИСКУССТВО, ФИЛОСОФИЯ И ИСТОРИЯ.
6. Василий Сталин не сомневался в том, что история воздаст всем по заслугам.
7. Введение в социальную психологию. История становления социальной психологии как науки
8. Вместо послесловия Христианство против язычества: история одного самоубийства
9. Возлюбленный Бхагаван, какой смысл несет эта история? Почему этот маленький рассказ наполняет меня благоговением и слезами? Пожалуйста, объясните.
10. Вопрос 3. Простые статистические методы контроля процессов. Их краткая сущность и особенности
11. ВОПРОС 42 ПРИНЦИПЫ УНИДРУА (ИСТОРИЯ, РЕДАКЦИИ)
12. Вопрос 48. Гражданский кодекс Франции 1804 г. История создания Кодекса, его структура, источники и значение.