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):
u*tHy
т. время жизни типичной звезды сравнимо с возрастом Вселенной. Это так называемое «второе совпадение больших чисел» выглядит загадочно: почему время жизни Вселенной к тому моменту, когда в ней появился человек, относится к характерному ядерному времени так же, как относится электрическая сила к гравитационной. Случайно ли это совпадение? И какое вообще значение для нашей жизни имеет время жизни звезды?
В астрофизике известно, что за исключением новых или переменных звезд, звезды на протяжении сталетий меняются незначительно. В частности, Солнпе мало изменило свою светимость в течение более 4 млрд лет Стабильность условий на Земле и в ее окрестностях в течение более 3 млрд лет является следствием не слишком быстрого сжигания Солнцем запасов водородного топлива. Примерно через 5 млрд лет, когда эти запасы исчерпаются и ядерные реакции больше не смогут поддерживать его, Солнце вступит в период неустойчивой быстрой эволюции и, в конце концов, превратится в белый карлик, а человечеству, населяющему Землю» нужно будет переселиться поближе к более молодой звезде* Темп, с которой расходуется ядерное топливо в недрах звезды, зависит от ее светимости, которая в свою очередь зависит от гравитации (через С) и от электромагнитных сил (через непрозрачность звездного вещества и, следовательно, через заряд электрона е). Если бы іравитация была сильнее, то звезды сгорали бы быстрее. Увеличение G в 10 раз полностью изменило бы строение Солнечной системы за время ее существования. Например, нашей Земли уже не было бы, она испарилась бы, когда Солнце в ходе эволюции достигло стадии красного гиганта, почти израсходовав запасы ядер водорода [49. С. 72-73],
Здесь следует сказать, что внутреннее строение звезды довольно сильно зависит от переноса тепла из ее недр посредством излучения, В массивных звездах, где преобладает именно энергия излучения, тепловая энергия
На пути построения единой теории поля
107
покидает такие звезды в виде потока лучистой энергии. Эти звезды называются голубыми гигантами, В звездах меньшей массы такой механизм не осуществим, так как излучение не может переносить энергию достаточно быстро для поддержания поверхности звезды достаточно горячей. Здесь, как правило, возникают неустойчивости, приводящие к возникновению конвекции. Звезды, в которых конвекция обеспечивает основной перенос энергии, меньше и холоднее, чем голубые гиганты. Они называются красными карликами. Солнце и многое другие стабильные звезды лежат в довольно узкой области, границы которой определяются двумя крайними случаями — голубыми гигантами и красными карликами. Масса типичной звезды попадает в узкий интервал между массами голубых гигантов и красных карликов, что является результатом случайного соотношения между соответствующими постоянными гравитации и электромагнетизма. Если бы іравнтапия была чуть слабее или электромагнетизм чуть сильнее, то все звезды были бы красными карликами. Напротив, обратные отклонения этих значений привели бы к тому, что все звезды стали бы голубыми гигантами. Соответствуюшее значение массы звезды
дает значение числа нуклонов, образующих звезду, — совпадение
тр
Хотя Иордан в 1947 гаду считал, что это совпадение требует револю-циошюго объяснения, Картер показал, что оно является предсказанием традиционного типа, которое может быть сделано без использования антропного принципа. Основная идея здесь состоит в том, что протоэвезды будут неустойчивы относительно фрагментации или непрерывной потери массы до тех пор, пока они не разделятся на достаточно малые фрагменты, которые удерживаются от сжатия давлением газа ядра звезды. Такая ситуация возникает впервые, когда удовлетворяется вышеуказанное условие После этого звезда будет устойчивой, так что никакого дальнейшего разделения не будет [71. С. 370-371]. Это, так сказать, «первое совпадение больших чисел».
«Второе совпадение больших чисел» отражает тот факт, что время жизни типичной звезды главной последовательности, т. е. времени, в течение которого горит водород, совпадает с сегодняшним возрастом Вселенной, что обсуждалось выше. Именно это совпадение послужило основанием для введения слабого антропного принципа. Дикке пришел к выводу, что не случайно, что эпоха, в которой появляется наблюдатель, связана с характерным временем протекания определенных физических процессов во Вселенной. Согласно Дикке, жизнь во Вселенной не может возникнуть до тех пор, пока по крайней мере одно поколение звезд не завер-
108
Глава 2
шит свой жизненный цикл и не рассеет по галактике осколки сверхновых, содержащих углерод. В основе жизни живой материи на Земле лежит уь дерод. необходимы, конечно, и другие элементы — азот и кислород и т. л. Но вся проблема состоит в том, что этих элементов не было в первичной Вселенной. Достаточное количество их может образовываться только в недрах звезд вследствие нуклеосинтеза. Можно подумать, что іти элементы возникли на ранних этапах эволюции Вселенной, в начале ее расширения, когда имели место температуры, достаточно высокие для синтеза ія-желых элементов. Однако эпоха столь горячей Вселенной была кратковременной: мною важнейших процессов состоялось в тот период* но для образования углерода и других элементов этих нескольких первых горя-чих минут было явно недостаточно. В изобилии образовывался лишь гелий. Следовательно, нуклеосшпеэ обеспечивается другими условиями, а именно процессами, протекающими в недрах звезд, в которых достигаются и поддерживаются в течение миллиардов лет температуры до 10'К. достаточные для превращения большей части звездного вещества в тяжелые элементы. Каким образом, однако, эти элементы впоследствии становятся химическими строительными блоками жизни? Физика этого процесса, а именно последующего рассеяния образовавшихся элементов по галактике, сейчас хорошо понятна благодаря представлениям о взрывах сверхновых. Запасы топлива в любой звезде ограничены. Исчерпание ил приводит к тому, что уменьшается энергия, необходимая для полдержания внутреннего давления, компенсирующего гравитационное сжатие массивной звезды. Ядро звезды становится неустойчивым и начинает сжиматься под действием самогравитации- При определенных обстоятельствах сжатие сменяется катастрофическим гравитационным коллапсом, и за доли секунды вещество в ядре звезды достигает ядерной плотности. Следует сказать, что самими многочисленными частицами во Вселенной являются нейтрино. Теория предсказывает, что после начала расширения Вселенной на каждый протон и хтектрон образовалось около IQ9 нейтрино. Обычные звезды и планеты прозрачны для нейтрино, которые спокойно пронизывают в своем движении, например, нашу планету. Но сколлалсировавшее ядро звезды оказывается настолько плотным, что тормозит нейтрино. Давление, вызываемое потоком нейтрино, приводит к взрыву ядра звезды, вследствие чего внешние слои, содержащие тяжелые элементы, сбрасываются наружу и разносятся по галактике. Вещество, из которого первоначально образовались галактики, состояло из водорода и гелия. Сырьем для новых поколений звезд и планет, в том числе нашего Солнца и нашей Земли, служат осколки сверхновых. Без сверхновых планеты земного типа не могли бы существовать.
