Тритий как вероятный элемент «тонкой настройки» Вселенной
Дмитрий Сафин
Американский астрофизик Эндрю Гульд (Andrew Gould) из Университета штата Огайо показал, что разность масс трития — тяжёлого радиоактивного изотопа водорода — и гелия-3 можно рассматривать как один из ключевых элементов «тонкой настройки» Вселенной.
Под «тонкой настройкой», поясним, понимается приведение физических констант к их нынешнему виду. Как свидетельствуют расчёты, минимальное изменение некоторых постоянных делает развитие разумной жизни во Вселенной маловероятным. Этот момент и вызывает интерес: непонятно, почему константы приняли значения, приемлемые для нас.
Стоит отметить, что никакой установившейся теории «тонкой настройки» Вселенной не существует. Некоторые учёные, скажем, вообще не считают эту проблему, находящуюся на стыке физики и философии, реальной. Спорить с ними чрезвычайно сложно: действительно, любой параметр, способный повлиять на развитие жизни, можно объявить нефундаментальным, и тогда его численное выражение потеряет всякую значимость. Другими словами, его значение — набор цифр, кажущийся нам бессмысленным и, вследствие этого, «настроенным», — можно представить в виде производной от какой-то константы из новой модели, которая будет лежать в основе существующих. Ничто не мешает сказать, что свободных параметров в такой модели будет мало, а проблема «тонкой настройки» станет неактуальной.
В качестве примера г-н Гульд предлагает рассмотреть разность масс нейтрона (939,565 МэВ) и протона (938,272 МэВ) ΔМ, равную 1,293 МэВ. Если бы она стала нулевой, а все прочие константы вроде массы электрона сохранили бы прежние значения, то Вселенная лишилась бы водорода (остались бы только небольшие запасы дейтерия и трития, образовавшихся в процессе нуклеосинтеза при Большом взрыве). В результате о горении водорода в звёздах, о воде и об органической химии пришлось бы забыть.
| Различные вселенные в составе мультивселенной (иллюстрация Julian Baum). |
Поскольку шансы на развитие жизни в таких условиях крайне малы, можно заявить о том, что ΔМ несёт следы «тонкой настройки». Однако значение ΔМ, как нетрудно выяснить, определяется разностью масс входящих в состав протонов и нейтронов верхнего и нижнего кварков, а эти массы, в свою очередь, включаются в качестве свободных параметров в Стандартную модель физики частиц и космологии. На этом цепочка умозаключений и обрывается, так как саму Стандартную модель многие считают искусственной надстройкой над пока не разработанной фундаментальной теорией, в которой массы кварков найдут своё объяснение.
Даже если принять существование проблемы «тонкой настройки» как данность, оценить её истинный масштаб практически невозможно. Во-первых, для этого понадобится описание условий, допускающих развитие жизни, а мы пока не определились даже с тем, что требуется для эволюции земной жизни. Во-вторых, сложность моделирования заставляет учёных искать такие параметры (или их комбинации), изменение которых гарантированно усложнит развитие жизни, а наборы констант, значения которых вполне безобидны по отдельности, но потенциально опасны в сочетании друг с другом, не исследуются. В-третьих, нерешённым остаётся вопрос о том, изменяются ли константы в космологических масштабах времени и пространства. Если их значения действительно варьируются, мы можем предположить, что Земля просто оказалась в нужной части Вселенной в нужное время. В противном случае придётся либо согласиться с тем, что нам невероятно повезло, либо обратиться к теории мультивселенной (допустить существование множества вселенных, наделённых разными наборами констант), либо поверить в Бога.
Все эти рассуждения приведены здесь с одной целью — показать, что охарактеризованный г-ном Гульдом параметр может, вообще говоря, не иметь никакого физического смысла. Хотя интервал допустимых значений ΔМ1, разности масс трития (3Н) и гелия-3 (3Не), узок, никто не берётся утверждать, что она действительно имеет отношение к проблеме «тонкой настройки».
В отличие от ΔМ, разность масс трития и гелия-3, также связанная с разностью масс верхнего и нижнего кварков, измеряется в килоэлектронвольтах и численно равна 18,6 кэВ. Если выразить это в атомных единицах массы, получим 2•10–5, тогда как массы 3Не и 3Н превышают 3 а. е. м. Изменение ΔМ1, обсуждаемое в работе американского физика, тоже невелико: автор уменьшает выбранный параметр всего на ≈37 кэВ.
После Большого взрыва в альтернативной вселенной, где тритий по массе не превосходит гелий-3, а уступает ему, 3Н не будет распадаться с образованием 3Не, но и обратный процесс также будет энергетически запрещён. Через некоторое время ядра 3Не начнут захватывать электроны, и к началу формирования звёзд эта вселенная будет отличаться от нашей только тем, что весь гелий-3 будет замещён тритием. Однако сам процесс образования светил серьёзно модифицируется: поскольку превращение трития в гелий-4 идёт примерно при той же температуре, что и переработка дейтерия в гелий-3, традиционную фазу сжигания дейтерия на начальном (до выхода на главную последовательность) этапе эволюции звезды придётся переопределить, назвав её сжиганием дейтерия и трития.
Длительность такого процесса будет в 4–8 раз превосходить продолжительность обычного сжигания дейтерия. Существенно увеличится и энерговыделение, а это, согласно расчётам г-на Гульда, должно повлиять на формирующийся протопланетный диск. В итоге незначительное изменение ΔМ1 воздействует и на зарождение планет, представляя реальную угрозу для развития жизни.
Подготовлено по материалам arXiv.
Источник: science.compulenta.ru.
Рейтинг публикации:
|
