Принцип целесообразности. Часть 1
Далее мы продемонстрируем на простых примерах некий принцип (названный принципом целесообразности [36] или антропным принципом [66]), утверждающий, что физические закономерности в Метагалактике не только достаточны для существования основных устойчивых состояний (атомных ядер, атомов, звезд и галактик), но и необходимы. Конкретно речь идет об исследовании устойчивости структуры Метагалактики по отношению к численному значению фундаментальных констант а четырех взаимодействий, масс Мр, тпе и размерности пространства D. Доказательство упомянутых выше принципов основано на стандартном методе исследований устойчивости. Приведем несколько примеров справедливости упомянутых принципов.
1. Атом водорода — абсолютно устойчивый элемент. Реакция
0)
(р, e',n, V — протон, электрон, нейтрон, нейтрино соответственно) абсолютно запрещена при малых энергиях (температурах), поскольку
(2)
Однако, если (мысленно) увеличить массу ше, то реакция (1) возможна, что привело бы к катастрофическим последствиям — невозможности образования галактик, а следовательно, и звезд, поскольку для образования галактик необходимо существование нейтрального водорода [2, 14]. На этом фоне относительно безобидно то, что в случае увеличения тпе втрое невозможна основная реакция термоядерного синтеза:
(3)
Отметим, что увеличение тпе втрое мало по сравнению с отношением (m)/me ~ 103, где (m) ~ 1 ГэВ — средняя масса элементарных частиц.
2. Бипротон 2He — нестабильная частица. Эта нестабильность обусловлена кулоновским отталкиванием протонов (его потенциальная энергия ~ 2 МэВ). Однако, как показывают оценки, если бы потенциальная энергия ядерного притяжения была на 50 кэВ больше, то ядро 2He было бы стабильным, что привело бы к реализации реакции
(4)
В этом случае реакция (4) была бы обусловлена электромагнитным взаимодействием, а не слабым, как (3), и все протоны выгорели бы в процессе первичного (космологического) нуклеосинтеза. Эффективную константу as сильного (ядерного) взаимодействия нельзя и существенно уменьшить. В последнем случае не выполнялось бы условие Ат^ ^ e<j (^d — 2,2 МэВ — энергия связи нуклонов в дейтоне) и дейтон был бы нестабильным, что привело бы к разрыву цепи первичного нуклеосинтеза.
3. Для осуществления реакций синтеза элементов с атомным номером А > 4, необходима возможность тройного слияния:
(5)
Однако тройное слияние эффективно только в резонансе, т. е. при выполнении условия тт,а = Шс ■ Однако выполняется условие 7Пз0 = Шс -г 7,7 МэВ. Реакция (5) возможна лишь при условии существования возбужденного уровня с энергией 7,7 МэВ. Такой уровень действительно существует. Однако при небольшом смещении уровня (изменений о,) реакция тройного слияния станет неэффективной. Драматическую историю открытия этого уровня см. в книге [48] и статье [33].
Другие части:
Принцип целесообразности. Часть 1