Энергия связи частиц в ядре дейтерия составляет ε
св = 2,2 МэВ. Ядерные силы препятствуют распаду нейтрона и делают ядро дейтерия стабильным. В свободном состоянии нейтрон легко распадается на протон и электрон с испусканием антинейтрино:
п → р + ē +
ν. Разность масс нейтрона и протона идет на образование электрона, а оставшаяся масса превращается в энергию
Е движения образующихся частиц:
Е = m —
mе = 0,8 МэВ. Поскольку внутри ядра дейтерия энергия связи превышает энергию движения образующихся частиц, то нейтрон не может распасться, и ядро останется стабильным. Условие стабильности ядра:
εсв > Е = Δm — mе , или Δm < εсв + те .
Если это условие нарушается, то дейтерий не может существовать. Существенно ли это для жизни? Хотя дейтерий — очень редкий элемент, его полное отсутствие имело бы катастрофические последствия для Вселенной. Действительно, образование ядра дейтерия (дейтона) является первым звеном в цепочке ядерных реакций, ведущих от водорода к более тяжелым элементам. Если бы не было дейтерия, не было бы и этих элементов. Мы снова пришли к безжизненной чисто водородной Вселенной.
Два последних примера иллюстрируют еще одно важное обстоятельство: исключительно «тонкую настройку Вселенной» для жизни. Действительно, для существования водорода необходимо, чтобы выполнялось условие Δm > mе , д ля стабильности дейтерия необходимо условие Δm < εсв + mе . Для того чтобы во Вселенной могла существовать жизнь, надо, чтобы выполнялись оба эти условия одновременно, т. е. Δm должно быть заключено в очень узких пределах:
mе < Δm < εсв + mе
или
0,5 МэВ < Δm < 2,7 МэВ.
Разность масс протона и нейтрона удовлетворяет приведенному условию. Но насколько «узки» эти ворота? Протон и нейтрон — две частицы с очень близкими свойствами, они отличаются лишь зарядом и небольшой разностью масс. Существуют и другие семейства похожих между собой частиц, они получили название изотопических мультиплетов. Так вот, если взять разность масс Ет для частиц, входящих в изотопические мультиплеты, то для всех семейств она существенно больше, чем для протона и нейтрона и, что весьма существенно, больше предельного значения 2,7 МэВ. На это обратил внимание И. Л. Розенталь. Для протона и нейтрона величина Δm минимальна, это своего рода флуктуация в распределении Δm для различных мультиплетов. Любопытно, что в Природе осуществилась эта редкая флуктуация! Но если бы этого не произошло, жизнь во Вселенной была бы невозможна.
Еще более впечатляющий пример связан с массой электрона. Если мы возьмем массы всех элементарных частиц, то окажется, что большинство частиц имеет массу чуть больше массы протона. Имеется некоторое количество частиц с массами в 10 раз больше и в 10 раз меньше массы протона. Электрон — самая легкая из заряженных элементарных частиц, он почти в 2000 раз легче протона. Ближайшая к электрону по массе частица мюон имеет массу в 200 раз больше электрона. Значит, электрон не просто наилегчайшая частиц, он существенно легче всех остальных частиц. Это очень редкая флуктуация! И опять-таки если бы эта флуктуация не реализовалась в Природе, то нарушилось бы необходимое условие жизни: mе < Δm. И. Л. Розенталь приводит и другие примеры[176].
Основной вывод, который следует из этого анализа, состоит в следующем: во Вселенной реализовался очень редкий набор фундаментальных констант, представляющий собой редкую флуктуацию их возможных значений. Причем структура Вселенной оказалась крайне чувствительна к числовым значениям этих постоянных: она сохраняется только в очень узких пределах их изменения. Достаточно значению каких-либо из постоянных выйти за эти пределы, как структура Вселенной претерпевает радикальные изменения: в ней становится невозможным существование одного или нескольких основных структурных элементов — атомных ядер, самих атомов, планет, звезд или галактик. Во всех этих случаях во Вселенной не может существовать и жизнь. Это означает, что в любой обитаемой вселенной (мыслимой или реально существующей) фундаментальные физические константы не могут иметь иные значения, кроме тех, которые известны нам из опыта. Развитие этих идей привело к формулировке космологического антропного принципа.
3.5. Антропный принцип
Почему же все проявляется в той, а не в другой форме, почему существуют те, а не другие законы природы? Ведь возможны и другие...
К. Э. Циолковский
3.5.1. Становление антропного принципа.
Антропный принцип (АП) устанавливает соотношение между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и существованием в ней жизни и человека, или в более общей трактовке — между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Уже на первом этапе формирования АП (Г. М. Идлис, А. Л. Зельманов, 1950-1960-е годы) были сформулированы две главные относящиеся к нему идеи:
1) основные черты наблюдаемой Вселенной являются необходимыми для возникновения и развития жизни и 2) это объясняется тем, что мы наблюдаем не произвольную область Вселенной, а ту, в которой существует познающий эту Вселенную субъект (наблюдатель) и в которой реализовались необходимые для его существования условия. Или: мы являемся свидетелями наблюдаемых свойств Вселенной, потому что при других ее свойствах развитие Вселенной протекало бы без свидетелей (А. Л. Зельманов). В 1973 г. Б. Каргер сформулировал это положение в виде следующего принципа, который он назвал антропологическим:
«...то, что мы можем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования»[177].
Следует подчеркнуть, что антропный принцип был выдвинут вне всякой связи с проблемой существования разумной жизни или исследованием места человека во Вселенной. Космологов и физиков-теоретиков интересовали совсем другие проблемы: почему мир устроен так, а не иначе? Почему Вселенная такова, как мы ее наблюдаем? Пока космология делала первые шаги, задавать такие вопросы было не принято: считалось, что это относится к области метафизики. Космологию интересовал вопрос, как устроен мир. Что же касается того, почему он устроен так, а не иначе — этот вопрос выходил за пределы космологии. Если же на него приходилось все таки отвечать, то ссылались на действия законов природы. Объяснение в таком случае сводилось к следующему. Существуют определенные объективные законы природы, в том числе физические законы, известные нам из опыта. Решая уравнения, описывающие эти законы, и подставляя значения фундаментальных констант (известные также из опыта), мы получаем космологические модели развития Вселенной в целом, теории образования и эволюции галактик, звезд и т. д., т. е. теории, описывающие наблюдаемые свойства Вселенной. Значит, эти свойства и объясняются действием законов природы. В течение определенного времени, на определенном уровне развития
