?

Log in

No account? Create an account
Антропный принцип - Записки Летучего/Летающего Медведя [entries|archive|friends|userinfo]
flying_bear

[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Антропный принцип [Sep. 1st, 2006|10:55 pm]
flying_bear
[Tags|]

В результате развития модели "горячей Вселенной" выяснилось, что в какой-то момент (когда первичные процессы нуклеосинтеза уже закончились) Вселенная представляла собой однородную горячую плазму, состоящую (приблизительно) на 75% из водорода и на 25% из гелия. Потом (очень пунктирно) - остывание... рекомбинация протонов и электронов с образованием атомарного водорода... отделение излучения от вещества (потому что газ атомарного водорода практически прозрачен для излучения, в противоположность водородной плазме)... формирование, в результате цепочки гравитационных неустойчивостей, скоплений галактик, отдельных галактик, звёзд...

Звёзды первого поколения состояли, естественно, из водорода и гелия. Когда в процессе гравитационного сжатия протозвезд температура повысилась в достаточной мере, начались термоядерные реакции, в результате которых водород превращался в гелий. И здесь мы приходим к первому узлу этой удивительной истории. Когда весь водород выгорает, должен, по идее, вступать в термоядерные реакции гелий. При слиянии двух альфа-частиц (ядер гелия) должно возникать ядро изотопа бериллия с атомным весом 8. Но штука в том, что оно нестабильно! Дорога к синтезу тяжелых элементов перекрыта. В принципе, не исключены процессы столкновения _трёх_ альфа-частиц, но, естественно, их вероятность, в норме, очень мала. И вот, Хойл и Салпитер предположили (а впоследствии это подтвердилось экспериментально), что этот процесс имеет резонансный характер. У образующегося при этом ядра углерода-12 есть энергетический уровень, близкий к энергии трех альфа-частиц. Это усиливает вероятность процесса до приемлемых значений и открывает путь к синтезу элементов тяжелее углерода. Так это всё и идет, вплоть до образования самого стабильного изотопа - железа-56. При определённых условиях железная звезда превращается в Сверхновую (всё очень, очень пунктиром...), при этом (и только при этом) синтезируются элементы тяжелее железа (вплоть до трансурановых). Взрыв выбрасывает их в межзвёздное пространство, так что звезды следующего поколения (и формирующиеся вокруг них планетные системы!) уже содержат тяжёлые элементы.

Итак, первый звоночек. Если бы по случайным причинам реакция синтеза углерода из трех ядер гелия не была резонансной, элементы, составляющие живое вещество (углерод, азот, кислород, фосфор...), равно как и формирующие планеты земного типа (железо, кремний...) просто-напросто не возникли бы. Но ядро углерода - сложнейшая многочастичная система; оно состоит из 6 нейтронов и 6 протонов, в свою очередь, состоящих из кварков... Чуть пошевели "мировые константы" - резонанс пропадёт.

Дальше. В нашем мире нейтрон несколько тяжелее, чем атом водорода (электрон плюс протон). Поэтому водород стабилен. Если было бы по-другому, произошла бы нейтронизация всего вещества во вселенной (сейчас такой процесс идёт только внутри некоторых звёзд). Ни химия, ни, понятно, биохимия в такой вселенной были бы невозможны.

Дальше. Гравитационная постоянная определяет скорость звездной эволюции. Вместе с другой, так называемой, космологической, постоянной, она определяет время жизни вселенной. Пошевели эти константы - и у звёзд не будет времени доэволюционировать до второго поколения, всё преждевременно сгорит в пламени апокалиптического пожара.

И так далее. В общем, получается, что физические постоянные в нашей вселенной таковы, что обеспечивают существование тяжелых элементов, планет земного типа, органических веществ, и т.д. Что это значит?

До сравнительно недавнего времени, господствовало убеждение, что все безразмерные физические постоянные должны однозначно выводиться из какой-то Единой Теории Всего (выражаясь через какие-то математические постоянные, типа нулей Бесселевых функций). Тогда, естественно, вопрос о том, подходят они для жизни или нет, бессмыслен - они таковы, каковы они есть. По современным же представлениям, вселенные рождаются во множестве из пространственно-временной пены "планковского масштаба" (время - 10^{-43} секунд, длины - 10^{-33} сантиметров, т.е. на двадцать порядков меньше диаметра атомного ядра) - и характеризуются _разными_ наборами мировых констант. (При больших энергиях всё это, возможно, более-менее унифицировано, но мир, как он есть, возникает при остывании Первичной Капли через цепочку "фазовых переходов" с "нарушением симметрии" - в принципе случайном! - так что тут мы сразу имеем огромное разнообразие возможностей). Подавляющее большинство этих вселенных живёт время порядка планковского и снова исчезает. Исключительно в поэтических целях - цитата:

"Сосуды стеклянные и сосуды глиняные появляются с помощью огня. Но сосуды стеклянные, если они разбиваются, создаются снова, ибо они появляются от дуновения. Сосуды же глиняные, если они разбиваются, уничтожаются, ибо появляются они без дуновения" (Евангелие Филиппа 51).

Некоторые вселенные, возможно, даже имеют другое число пространственных и временных измерений. Интересно, что тройка - выделена: в пространстве размерности больше трёх нет связанных состояний (от атомов до Солнечных систем), в одномерном и двумерном пространстве - _все_ системы связаны. Опять же, жизнь в нашем понимании в таких вселенных невозможна.

Итак, вывод: там, где физические константы имеют "неподходящие" для появления жизни значения, просто некому хлопать глазками и спрашивать, почему они такие. «Мы являемся свидетелями процессов определенного типа, потому что процессы другого типа протекают без свидетелей» (А.Зельманов).
linkReply

Comments:
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>
(Deleted comment)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-01 09:55 pm (UTC)
Буду пробовать. Популярный жанр у меня всё-таки неважно получается, надо упражняться.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: avrukinesku
2006-09-01 10:22 pm (UTC)
Пронзительный афоризм Зельманова. Есть ли у него еще что-нибудь поживиться нефизикам?

Неизвестные нам формы жизни могут жить в неизвестных условиях? Или считается, что неизвестная нам форма невозможна?
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-01 10:27 pm (UTC)
Я не знаю... Он космолог, очень известный.

Насчёт неизвестных форм жизни... ну, считается, что хотя бы какая-то химия нужна. Гелий вообще, собака, ни в какие химические реакции не вступает, а из одного водорода тоже много не настругаешь...

А вообще-то это всё, конечно, на грани "серьёзной науки" и "неуместных философствований". Очень я эту грань люблю.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: mehanizator
2006-09-01 10:36 pm (UTC)
здОрово.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-01 10:37 pm (UTC)
Спасибо.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: wealth
2006-09-01 10:45 pm (UTC)
Вопрос - очень красиво и завораживающе о пространственно-временной пене и рождении-уничтожении вселенных, однако, наблюдалось ли что-то, что однозначно можно было бы сопоставить именно этим процессам? Понятно, что на временах порядка планковского наблюдать ничего невозможно и все скатывается опять же к всевозможным интепретациям и прочее (сколько сейчас сущствует различных теорий струн?).

Спасибо между прочим огромное. Благодаря Вам, мне стало окончательно стыдно, что я забросил чтение книг по тематикам, далеким от меня.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-01 10:52 pm (UTC)
Сам я, как Вы понимаете, не специалист. Из того, что я читал, мне понравилась книга А. Линде "Физика элементарных частиц и инфляционная космология". Она хорошо написана, твердотельщики типа меня вполне могут прочесть. Впечатление, что от эксперимента это всё очень далеко пока что...
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
From: sofeve
2006-09-01 11:09 pm (UTC)
Вот Вы хорошо оговорились - жизнь в НАШЕМ представлении.... но можем ли мы мыслить только в категориях органическое-неорганическое, может быть есть другие формы жизни, которые также за нами наблюдают а мы их просто не регистрируем? Может, мы ищем там, где изначально найти ничего нельзя, т.к. наша Вселенная единственна в своем роде и мы не можем преодолеть границы нашего познания, мышления, восприятия?
Софи.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-01 11:11 pm (UTC)
Всё может быть. Я оговорился с самого начала, что пересказываю естественнонаучные представления об "антропном принципе". То, что выходит за пределы нашей науки, обсуждаться в этом ключе не может. Но, безусловно, может в другом - например, поэтическом...
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: solomon2
2006-09-01 11:40 pm (UTC)
Самое поразительное, что идея о сотворении множества миров, большинства непригодных для жизни, а нашего - одного из немногих пригодных, высказана Олафом Стэйплдоном аж в 30-х годах! (см. конец романа "Star Maker")
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-02 07:07 am (UTC)
Что Стэйплдон...

"В иудейских мидрашах повторное описание творения в Библии (Быт. 1 и Быт. 2:4, см. гл. 2) комментируется так:
Миров многое множество созидал и разрушал Всевышний, — созидал и уничтожал, пока не была сотворена вселенная. И сказал Господь: «Те миры не годились, а в этом все прекрасно»" (http://lit.lib.ru/i/irhin_w_j/ordinanceshtm.shtml).

(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: the_jubjub_bird
2006-09-02 12:00 am (UTC)
Есть интересные работы известного химика, профессора Эшенмозера (Albert Eschenmoser). Я слушал одну его лекцию, где он показывал, что если бы сахара в нуклеотидах были бы не пентозами, а гексозами или гептозами, то образование таких длинных цепочек как с пентозами было бы невозможно. И ДНК в виде двойной спирали не смогла бы образоваться.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: wealth
2006-09-02 02:03 am (UTC)
У меня совершенно идиотский вопрос прагматика - а зачем думать о том, что было бы, если бы было то-то и то-то, если изначально _известно_, что этого быть не может? Я понимаю, что для наглядности и для студентов может подойти. Но не работы же на этом делать.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: vsopvs
2006-09-02 12:38 am (UTC)
знаю, что ничего нового не скажу, но ведь антропный принцип не отличается от своего зеркального отражения, верно ведь? "константы таковы, потому что мы существуем" == "мы существуем, потому что таковы константы". Или это не так?
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-02 07:09 am (UTC)
Это интересное свойство многих (всех?) глубоких утверждений: они содержат в себе своё зеркальное отражение.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: redandr
2006-09-02 12:55 am (UTC)
Да, практически все мировые константы при небольшом изменении привели бы к невозможности существования мира типа нашего, а скорее всего и жизни. Так как для образования жизни необходимо иметь возможность строить сложные структуры. В нашем случае это белки. Конечно, если в какой то Вселенной имеются только элементарные частицы или простые элементы, то ни о какой сложности речи и быть не может.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: shkrobius
2006-09-02 07:18 am (UTC)
I wonder where do people get such ideas... Say, the gravitation constant would change from 6.7e-11 to 2e-11 Nm2/kg2. What "complex structures" would be missed? Or, say, the fine structure constant changes by 10%. What apocalypsis would be coming? Incidentally, how do you know that the speed of light has not changed by 1000 times as I am writing this message? We cannot actually measure changes in dimensional funadamental constants
http://www.phys.unsw.edu.au/~dzuba/varyc.html
As for the "elementary particles" and "simple elements," those already have mightily complex structures. People have been trying to explain the structure of the proton using QCD for the last 30 years, using supercomputers and what not. Not so simple. That life is "complex" but, say, galaxies are "simple" is a dubious proposition.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: filin
2006-09-02 04:35 am (UTC)
Кстати, на меня в свое время произвел большое впечатление тот факт, что все химические элементы, из которых сделана Земля - результат взрыва каких-то давних Сверхновых. Поскольку другим способом тяжелые элементы, образующиеся только глубоко внутри звезд, в открытый космос попасть не могут.

PS. Точнее, все элементы тяжелее водорода :-)
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: shkrobius
2006-09-02 05:07 am (UTC)
That's simply not true. Li, Be, and He were all made within a few minutes from time-0, check this one
http://aether.lbl.gov/www/tour/elements/early/early_a.html
Neither the majority of the elements of which the earth is made (Si, O, N, etc) were made in the supernovae. You've been misled.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: shkrobius
2006-09-02 05:00 am (UTC)

AP

строго "естественнонаучный" взгляд на антропный принцип...
Is that really possible? I side with Lee Smolin, http://arxiv.org/abs/hep-th/0407213
I think it is impossible. Illustration: Take the C argument (no organics w/o 3-He resonance). You may also argue that tweaking the constants (which constants) would make it possible for 12-C to be made directly in the primary nucleosynthesis, or that there would be more supermassive stars with >10^12 K core in which no resonance would be necessary. It is totally unclear that the only path to C is the one we have. One could've used exactly such kind of arguments 150 years ago to claim that chemical elements are individually "fine-tuned" for mysterious purposes. The current popularity of this "principle" just shows the desperation of the string theorists. The argument is as old as Principia, http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/0306185 or even earlier http://www.anthropic-principle.com/preprints/Cirk2003.pdf
I am glad that nobody took it seriously back then.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-02 07:12 am (UTC)

О, разумеется

"А вообще-то это всё, конечно, на грани "серьёзной науки" и "неуместных философствований". Очень я эту грань люблю" (http://flying-bear.livejournal.com/192258.html?thread=2537986#t2537986).
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: aleksei
2006-09-02 05:10 am (UTC)
В далеком детстве помню потрясающую книгу "В мире измененных констант" (написанную именно
для школьников!), где автор размышлял, что будет, если немного пошевелить Планка,
гравпостоянную и т.д. Эфект получался ошеломляющий, с красочными картинами апокалипсиса.
Увы, автора не запомнил (это был, разумеется, профессиональный физик). Сейчас мне кажется даже,
что книга эта была написана до формулировки антропного принципа.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-02 07:13 am (UTC)
Антропный принцип вызревал медленно. Думаю, начиная с 50-х... В 60-х он уже точно обсуждался.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
From: poupoupidou
2006-09-02 09:29 am (UTC)
очень понравилось, спасибо!
с удовольствием почитала бы еще.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-02 04:41 pm (UTC)
Спасибо.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: leonid_b
2006-09-02 09:57 am (UTC)
Блестяще! Вам бы надо бы публиковать Ваши научно-популярные статьи у нас в журналах.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-02 04:41 pm (UTC)
Спасибо.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: furia_krucha
2006-09-02 01:18 pm (UTC)
Нет ли тут аналогии с "множеством обитаемых миров"? Т.е. в определённый момент возникла гипотеза, что кроме Земли (которая на тот момент была всем Миром), есть ещё другие "места". Условия в этих местах разные, в некоторых жизнь возможна, в некоторых нет.

Теперь же, предполагается, что помимо гм... Вселенной, есть другие "места" недостижимые из нашего.

И константы... даже если надежда вывести константы _нашей_ вселенной из математических и утеряна, всё равно наверное считается, что распределение констант среди "ансамбля вселенных" подчиняется каким-то рациональным законам?

Т.е. вместо "Продолжительность года есть закон природы", получаем "закон тяготения и гравитационная постоянная есть закон природы, откуда при заданных произвольных параметрах орбиты получаем продолжительность года", а теперь "распределение мировых констант есть закон природы, откуда при заданных параметрах нашей вселенной получаем закон обратных квадратов и величину гравитационной постоянной". Так?
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: flying_bear
2006-09-02 04:52 pm (UTC)
Тут всё довольно сложно. Попробую объяснить как я (не специалист в космологии и в теории поля) это себе представляю - по книжкам, по рассказам...

Прежде всего, важно понять (этого не понимали классики типа Эддингтона и Дирака, когда ставили проблему безразмерных мировых постоянных!), что теории, описывающие наш мир - это, с точки зрения истинно фундаментальных теорий - "низкоэнергетическая феноменология". Скажем, постоянная тонкой структуры - знаменитая 1/137 (137 с копейками...) Дирак угадывал для нее выражения чесрез число пи... А она есть результат довольно сложно выглядящих перенормировок константы "Великого Объединения". Было бы даже странно, если бы она оказалась какой-то "простой" - с чего бы это? Ну, примерно, как сложность закона для ядерных сил - с чего ему быть простым, если нуклоны - составные объекты? Как-то так.

Второе, что очень важно, - симметрия нашего мира (симметрия вакуума) многократно нарушена по сравнению с симметрией "гамильтониана Вселенной" (if any). Разные нарушения симметрии дают совершенно разные Вселенные. Поэтому, я бы сказал так: возможно, есть "простой и фундаментальный" закон природы с _не_случайными константами (суперструны? квантовая гравитация?...). Но понимание нашего мира включает _историю_ Вселенной - через какие именно последовательности фазовых переходов она прошла в певые мгновения и как именно она их проходила. Некоторым образом, это сближает физику с эволюционной биологией. Нельзя на основании биохимии белков и нуклеиновых кислот предсказать, что определенную экологическую нишу на нашей планете занимают именно такие и сякие животные и растения. Так сложилось исторически...

Как-то так.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>