Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности - Энтони Агирре Страница 60

«чистые» области с низкой энтропией, которые могут способствовать развитию сложных структур, таких как галактики, звезды и прочие мелкие образования. Хотя сегодня большинство космологов считают, что модель инфляции не способна дать окончательный ответ на вопрос Дзеньё (возможно, в избе по углам осталось еще много сору), все же это, безусловно, часть ответа. А если так, то это важная часть того, что делает вселенную такой, какая она есть.

29. В Зазеркалье

(Падуя, Италия, 1608 год)

Таким возбужденным ты Галилео никогда прежде не видел.

«Я случайно натолкнулся на довольно необычное устройство, — говорит он тебе. — Оно напоминает лупу, но гораздо более мощное, и его можно настроить так, что удается рассмотреть не только то, что достаточно близко, но и то, что очень далеко. Я детально продумал, как сделать свой, существенно улучшенный его вариант, и намерен обратить его к небесам, которые мы так часто рассматривали невооруженным глазом». Воспользовавшись этим новым, еще не оконченным устройством всего один раз, ты понимаешь, что это настоящая революция. Хотя ты и разделяешь нетерпение Галилео, желающего поскорее повернуть прибор по направлению к небу, ты все же решаешь изложить ему свою собственную идею: в последнее время ты занимался исследованием воды и обнаружил большое число самых разных мельчайших созданий, за которыми всего интереснее было бы наблюдать под сильным увеличением!

«В самом деле, — говорит Галилео. — Надо немного изменить наш прибор, и он прекрасно подойдет и для этих целей. А если еще и линзы сделать получше, тогда вообще не будет ограничений на то, сколь малые объекты мы сможем разглядывать».

Ты обдумываешь его слова. «Как ты себе представляешь, насколько малы самые малые создания? — задаешь ты вопрос Галилео. — Есть ли такие? Возможно, если мы копнем глубже, то обнаружим еще более крошечных представителей нашего мира».

Галилео смеется: «Что ж, возможно, на каждой пылинке есть целые города и селения. Только они слишком маленькие, и мы не можем их разглядеть. И, подобно нам, живущие там существа изобретают приборы, чтобы разглядеть население совсем уж бесконечно малых цивилизаций». «Или, — добавляешь ты, поддерживая разговор, — возможно, прямо сейчас какие-то титаны наблюдают за нами через свои тщательно отполированные линзы».

«Будь осторожен, — насмешливо шепчет Галилео, — Всевышнему может не понравиться, если он услышит, что у него появился соперник. Хуже того: нам ли не знать, каковы бывают служители церкви?»

Могут ли поверх миров существовать все большие миры? Может ли быть цивилизация на пылинке? Почему размеры людей и миров именно такие, какие есть?

Представьте себе, что внезапно вы увеличились в два раза: все, из чего вы сделаны, осталось тем же, но в каждом из направлений вы стали в два раза больше. Ваш объем и (если ваша плотность не изменилась) ваша масса увеличатся в 8 раз. Однако оказывается, что при таком удвоении размеров ваша сила увеличится всего в 4 раза или около того, а это значит, что передвигаться вам будет гораздо сложнее. Именно поэтому ни одно из живущих на Земле существ не достигает высоты 100 метров, как это случается в фильмах ужасов. Такие создания, вероятно, не могли бы удержать сами себя и быстро бы рухнули наземь, превратившись в огромную лужу. Итак, люди (очень приблизительно!) велики настолько, насколько они могут быть, чтобы иметь возможность самостоятельно передвигаться по Земле.

А что можно сказать о Земле? Чтобы стать планетой, сгусток космической материи должен быть, с одной стороны, достаточно большим, чтобы его форма определялась прежде всего гравитационными (а не иными) силами, благодаря чему планета и приобретает форму шара. С другой стороны, этот сгусток должен быть достаточно маленьким, чтобы температура и давление в его центре не приводили к делению ядер, иначе получится не планета, а звезда. Чтобы скальная планета была обитаема, она не должна иметь настолько большую массу, чтобы с помощью гравитации удерживать водород и гелий (иначе она станет газовым гигантом), но при этом должна быть достаточно массивной, чтобы удерживать атмосферу, которой могли бы дышать живые существа. Эти ограничения определяют достаточно узкий интервал масс для благоприятных планет наподобие Земли.

Как для людей, так и для планет законы физики определяют приблизительные характеристики таких объектов. Физические законы, такие как закон Ньютона F = ma и всеобщий закон тяготения, — это точные, прогнозирующие соотношения, связывающие такие физические величины, как масса, расстояние и время. Некоторые законы, например, закон Ньютона F = ma, являются выражением основополагающих соотношений и фактически являются определениями. Другие, подобно закону тяготения, заключают в себе определенную информацию о физическом мире, который мог бы и отличаться от нашего. (Например, согласно закону тяготения Ньютона, гравитационные силы убывают как квадрат расстояния между телами, а не обратно пропорционально расстоянию или расстоянию в кубе.)

Такого рода соотношения по преимуществу включают в себя физические константы наподобие постоянной G в теории тяготения Ньютона, определяющей силу гравитационного взаимодействия двух заданных масс на заданном расстоянии друг от друга. То же можно сказать и о других фундаментальных константах, включая заряд электрона e (являющийся мерой напряженности электромагнитных сил), c (скорость света), постоянную Планка h (определяющую меру неопределенности, свойственную квантовым измерениям) и постоянную Больцмана, определяющую k (связывающую энергию с температурой и входящую в определение термодинамической энтропии). Если представить себе, что изменились одна или несколько таких констант, то изменился бы и окружающий нас мир. Например, если бы постоянная G была в десять раз больше (без изменения всех остальных констант), то звезды и планеты были бы в 30 раз менее массивны, а масса созданий, живущих на таких планетах, была бы примерно в пять раз меньше.

Когда имеешь дело с фундаментальными постоянными природы, удобно пользоваться их безразмерными комбинациями. Например, постоянные c, h и e имеют размерность. В одной системе единиц скорость света c порядка 3 × 108 метров в секунду (м/сек). В другой системе единиц она будет иметь другое значение, например, 186000 миль в секунду. Но эти цифры в какой-то мере произвольны, и мы не обязаны держать их в голове. С другой стороны, определенная комбинация этих постоянных α = 2πe2/hc не зависит от выбранной системы единиц: размерности всех трех входящих сюда постоянных взаимно сокращаются. Это — так называемая постоянная тонкой структуры, численное значение которой равно α ≈ 1/137 и не зависит от выбора системы единиц. Можно построить большое количество подобных безразмерных комбинаций. Например, отношение массы протона к массе электрона β = mproton /