Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
вуглецю була дуже близька до суми енергій ядра бериллия-8 і ядра гелію. Якби енергія такого стану була занадто
великий або занадто малої, у зірках змогло б утворитися занадто мало ядер вуглецю або більше важких
елементів, а з одних ядер водню й гелію не могла б виникнути життя. Енергії ядерних станів складним образом
залежать від всіх фізичних констант, таких як маси й заряди різних типів елементарних часток. На перший погляд,
здається дуже примітним, що всі константи повинні мати такі значення, які дозволяють утворитися ядрам
вуглецю в описаній реакції.
Все-таки мені не здаються дуже переконливими свідчення того, що закони природи спеціально настроєні так, щоб
уможливити життя. З одного боку, група фізиків195 показала недавно, що можна істотно збільшити
енергію обговорюваного стану ядра вуглецю без помітного зменшення кількості вуглецю, виробленого в
зірках196. Крім того, якщо ми почнемо міняти константи природи, найдеться багато інших станів ядра вуглецю й
інших ядер, які дозволять здійснити альтернативний синтез елементів важче гелію. У нас немає розумних способів
оцінити, як мала ймовірність того, що константи природи повинні приймати значення, прийнятні для існування
розумного життя.
Ми не знаємо, потрібний чи ні антропный принцип для пояснення значень енергій ядерних станів, але в одному
випадку цей принцип здається просто заснованим на здоровому глузді197. Можливо, існують різні логічно
припустимі всесвіти, причому кожна зі своїм набором фундаментальних законів. Якщо це так, то безсумнівно
існує безліч вселених, закони й історія еволюції яких роблять їх неприйнятними для розумного життя.
173
Але всякий учений, що запитує, чому мир такий, який він є, повинен жити в одній з тих вселених, де
розумне життя могло виникнути 2).
Слабким місцем такої інтерпретації антропного принципу є неясність поняття множинності всесвітів.
Одна з дуже простих можливостей, запропонована Хойлом198!, полягає в тім, що константи природи міняються від
місця до місця, так що Всесвіт розділений на якісь субвселенные з різними законами в них. Схожа інтерпретація
множинності всесвітів виникає й у тому випадку, якщо ми допустимо, що ті числа, які ми називаємо константами
природи, були різними в різні епохи еволюції Всесвіту. Крім того, багато обговорювалася більше революційна
можливість, що наша й інші логічно можливі всесвіти з іншими остаточними законами якимсь образом
отщепляются від більшої Мегавселенной. Наприклад, при недавніх спробах застосувати квантову механіку до гравітації
було замічено, що хоча звичайний порожній простір виглядає спокійним і не має ніяких властивостей, як
поверхня океану, якщо дивитися на неї з великої висоти, то при більше уважному розгляді простір кишить
квантовими флуктуаціями, так що можуть відкритися «кротячі нори»199, що з'єднують одні частини Всесвіту з іншими
частинами, досить вилученими в просторі й у часі. В 1987 р., дотримуючись ідей більше ранньої роботи Стивена Хокинга,
Джеймса Хартля й інших, Сидні Коулмен з Гарварда показав, що що відкриваються й закриваються кротячі нори
еквівалентні зміні різних констант, що входять у рівняння для різних полів. Як і у випадку інтерпретації
квантової механіки за допомогою ідеї про множинність всесвітів, хвильова функція Всесвіту розділяється на величезне
кількість доданків, кожне з яких відповідає різним значенням «констант» природи200, прийнятих з різної
імовірністю. Яку би теорію цього типу не розглядати, зовсім ясно, що ми виявимо себе в тій області
простору, або в тій епосі космічної історії, або в тім склада_ загальної хвильової функції, у яких константи
природи випадково прийняли сприятливі для існування розумного життя значення.
Звичайно, фізики продовжують спроби пояснити значення природних констант без звертання до антропному принципу.
Моя власна думка полягає в тім, що рано або пізно ми виявимо, що всі константи природи (можливо, за
виключенням однієї)
2) Фізик, емігрант із колишнього СРСР, розповідав мені, що кілька років тому назад у Москві ходив жарт
із приводу того, що антропный принцип пояснює, чому життя так погане. Існує значно більше
можливостей того, щоб життя було поганий, а не щасливої. Антропный принцип вимагає тільки, щоб
закони природи припускали існування розумних істот, але не затверджує, що ці істоти будуть
радуватися життю.
174
фіксуються тими або іншими принципами симетрії, а існування якихось форм життя зовсім не вимагає
особливого тонкого настроювання законів природи. Єдина константа природи, що, може бути, прийде пояснювати з
допомогою якоїсь подоби антропного принципу, це космологічна постійна.
Спочатку космологічна постійна виникла у фізичній теорії при першій спробі Эйнштейна застосувати
тільки що створену загальну теорію відносності до Всесвіту в цілому. У цій роботі Эйнштейн припустив, як
це було в ті роки прийнято, що Всесвіт статичний, але незабаром виявив, що рівняння тяжіння в первісної
формі, застосовані для опису Всесвіту в цілому, не мають статичних рішень. (Цей висновок, насправді, не
є специфікою для загальної теорії відносності. У ньютоновской теорії тяжіння ми також можемо одержати
рішення, що описують галактики, що налітають один на одного під впливом взаємного притягання. Ми можемо знайти й
рішення, що описують розліт галактик у результаті якогось початкового вибуху. Однак навряд чи ми будемо очікувати, що
якась усереднена галактика буде просто нерухомо висіти в просторі.) Щоб одержати рішення, що описують
статичний Всесвіт, Эйнштейн вирішив змінити теорію. Він увів у свої рівняння доданок, що було подібно
силам відштовхування на більших відстанях і могло компенсувати гравітаційну силу притягання. Уведене
доданок містив одну вільну постійну, що визначала в статичній космології Эйнштейна розмір Всесвіту
і получившую назва космологічної постійної.
Все це відбувалося в 1917 р. Через війну Эйнштейн не знав, що американський астроном Весто Слайфер уже виявив
свідчення того, що галактики (як ми їх зараз називаємо) розлітаються в різні сторони, так що Всесвіт на самому
справі не статична, а розширюється. Після війни Эдвин Хаббл, користуючись новим 100-дюймовим телескопом на горі Маунт-
Вильсон, підтвердив це розширення й виміряв його швидкість. Эйнштейн глибоко шкодував201, що зіпсував свої рівняння
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]
У світі фізики
Наука та техніка