Шпаргалка: Шпаргалки по естествознанию
Тонкая подстройка Вселенной и антропный принцип в космологии. Проблема поиска внеземных цивилизаций.
«Тонкая подстройка» Вселенной.
«Тонкая подстройка» Вселенной в определённой степени связана с направленным развитием и заслуживает особого внимания. Всё началось с вопроса: почему так называемые физические постоянные (ФП), например, безразмерные константы четырёх фундаментальных взаимодействий, размерные константы типа гравитационной постоянной, постоянной Планка, заряда электрона, массы электрона и протона, скорости света, имеют такие, а не какие-нибудь иные значения, и что случилось бы со Вселенной, если бы эти значения оказались другими? Правомерность вопроса определяется тем, что численные значения ФП теоретически не обоснованы, они получены экспериментально и независимо друг от друга. Отсутствуют также основания для признания той или иной ФП подлинной константой, имеющей к тому же и универсальную значимость. Так что выдвижение конкретной величины в ранг ФП производится в значительной степени интуитивно. Некоторые из констант, как выяснилось, таковыми не являются. Например, константы фундаментальных взаимодействий на самом деле зависят от расстояния между частицами и при их сильных сближениях (иначе говоря, при высоких энергиях) они существенно меняют свои значения. с другой стороны, выдвигавшиеся Максом Планком предположения о зависимости некоторых ФП от времени пока не подтвердились, мы их продолжаем считать постоянными.
Увеличение постоянной Планка более чем на 15% лишает протон возможности объединятся с нейтроном, т.е. делает невозможным протекание нуклеосинтеза. тот же результат получается, если увеличить массу протона на 30%. Изменение значений этих ФП в меньшую сторону открыло бы возможность образования устойчивого ядра 2 Не, следствием чего явилось бы выгорание всего водорода на ранних стадиях расширения Вселенной. Требуемое для этого изменение существующих значений величин не превышает 10%.
Но на этом не заканчиваются «случайные» совпадения. Вот перечень случайностей другого рода. Небольшая асимметрия между веществом и антивеществом позволила на ранней стадии образоваться барионной Вселенной, без чего она выродилась бы в фотонно-лептонную пустыню; неустойчивость нуклонов с атомными числами 5 и 8 прервала первичный нуклеосинтез на стадии образования ядер гелия, благодаря чему смогла возникнуть водородно-гелиевая Вселенная; наличие у ядра углерода 12 С возбуждённого уровня с энергией, почти точно равной суммарной энергии трёх ядер гелия, открыло возможность для протекания звёздного нуклеосинтеза, в ходе которого образовались все элементы таблицы Менделеева, более тяжёлые, чем водород и гелий; расположение энергетических уровней у ядра кислорода опять же случайно оказалось таким, что не позволяет в процессах звёздного нуклеосинтеза превратиться всем ядрам углерода в кислород, а ведь углерод – это основа органической химии и, следовательно жизни.
Совокупность многочисленных случайностей такого рода называется «тонкой подстройкой» Вселенной. Не менее удивительные совпадения встречаются и при рассмотрении процессов, связанных с возникновением и развитием жизни.
Антропный принцип в космолгии
Вселенная постоянно развивается и её структура усложняется. На определённом этапе такого развития появляется «наблюдатель», способный обнаружить существование «тонкой подстройки» и задуматься о породивших её причинах.
У наблюдателя, обладающего нашей системой восприятия мира и нашей логикой, неизбежно возникает вопрос: случайна ли «тонкая подстройка» Вселенной или она предопределена каким-то глобальным процессом самоорганизации?
В ответ на этот вопрос был выдвинут и в настоящее время широко обсуждается антропный принцип . В современном виде он был сформулирован в 70-е годы в двух вариантах. Первый из них получил наименование слабого антропного принципа : то, что мы предполагаем наблюдать, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя. Второй вариант назван сильным антропным принципом : Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель.
Слабый антропный принцип истолковывается так, что в ходе эволюции Вселенной могли существовать самые различные условия, но человек-наблюдатель видит мир только на том этапе, на котором реализовались условия, необходимые для его существования. В частности, для появления человека понадобилось, чтобы в ходе расширения вещества образовалась водородно-гелиевая Вселенная, чтобы в ней возникли и развились сначала крупномасштабные, а затем и мелкомасштабные структуры, чтобы появились звёзды, чтобы они образовали тяжёлые элементы, чтобы в следующем поколении самых разнообразных звёзд появились планетные системы и т.д. Понятно, что человек не мог наблюдать перечисленные стадии развития Вселенной, так как физические условия в ней тогда не обеспечивали его появления. С другой стороны, все предшествовавшие появлению человека стадии могли протекать только в мире, где существовала «тонкая подстройка». Поэтому сам факт появления человека уже предопределяет то, что он увидит: современную Вселенную, и наличие в ней «тонкой подстройки». Короче говоря, раз человек есть, то он увидит вполне определённым образом устроенный мир, ибо ничего другого ему увидеть не дано.
В трактовках сильного антропного принципа проявляются две противостоящие линии. С одной стороны, этот принцип рассматривается с позиции стохастичности природных процессов, что вынуждает вводить предположение о множественном рождении вселен, в каждой из которых случайным образом реализуется произвольный набор физических постоянных и физических законов. Случайный перебор всевозможных вариантов создаёт в одной (или нескольких) из них ситуацию «тонкой подстройки» со всеми вытекающими отсюда следствиями.
При подготовке этой работы были использованы материалы с сайта http://www.studentu.ru