Тритий как вероятный элемент «тонкой настройки» Вселенной

По мнению американского астрофизика Эндрю Гульда, разность масс трития и гелия-3 можно считать одним из тех параметров, минимальное изменение которых делает развитие разумной жизни во Вселенной маловероятным

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).
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.

15 Октября 2012, 2:06    den    3342    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.