Взгляд со стороны. Естествознание и религия

Безразмерная образована из комбинации других фундаментальных констант: элементарного электрического заряда е, приведённой постоянной планка ћ, скорости света в вакууме с и диэлектрической проницаемости свободного пространства ₀. Она также может быть образована и в терминах других фундаментальных физических констант. Её численное значение не зависит от выбранной системы единиц, поэтому она хорошо подходит для ответа на поставленный вопрос.

Большинство экспериментальных данных подтверждают неизменность постоянной . Исследования, проведённые в 2016 году учёными из Института астрономии при Кембриджском университете и из Центра астрофизики и суперкомпьютерных вычислений в Технологическом университете Суинберна в Австралии показали, что постоянная тонкой структуры в галактике за последние 8,5 миллиарда лет не изменилась [14] .

Астрофизики из семи стран под руководством Майкла Вильчинского из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии установили, что физическая константа за последние 13 миллиардов лет – а это соответствует возрасту Вселенной 800 миллионов лет – сохранила своё значение с точностью до пятого знака после запятой. Однако, когда учёные рассмотрели полученные результаты совместно с другими измерениями константы, они заметили пространственные вариации постоянной на уровне статистической значимости [15] . Это указывает на то, что расхождение между современными и прошлыми значениями постоянной тонкой структуры зависит не от количества прошедшего времени, а от пространственного положения тех точек, где были сделаны замеры.

14

Kotus S., Murphy M. et al. High-precision limit on variation in the fine-structure constant from a single quasar absorption system, 2016. https://arxiv.org/abs/1609.03860.

15

Wilczynska M., Webb J. et al. Four direct measurements of the fine-structure constant 13 billion years ago. – Science Advances, 2020. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aay9672.

Неизменность константы подтверждает Стандартную модель. Однако существуют теории, в отличие от Стандартной, допускающие изменение фундаментальных констант во времени. Но для нас важно другое. Известно, будь всего на 4 % больше, производство углерода внутри звёзд стало бы невозможным, следовательно, и зарождение жизни также было бы невозможным.

Можно сделать однозначный вывод: если константа стабильна, наша Вселенная изначально была запрограммирована на возникновение жизни. Если же она изменяется – однородности и изотропности Вселенной нет, и человечество возникло в тот момент, когда возможно его существование. И нам отведён небольшой отрезок жизни во времени и крохотная часть пространства Вселенной с наблюдаемыми в настоящее время параметрами. Длительные наблюдения за космосом подтверждают единственность существования человеческой цивилизации.

В первые моменты существования горячей и плотной Вселенной количество частиц и античастиц было одинаковым. Из этого следует, что Вселенная вообще не должна существовать, – аннигиляция частиц и античастиц привела бы к тому, что Вселенная состояла только из излучения. Но, как известно, Вселенная почти полностью образована из материи.

Факт существования нашей Вселенной в форме вещества (барионов) и отсутствие сколь-либо значимого количества антивещества указывает на существенную неполноту современных знаний. Некоторые учёные полагают, что для описания современной картины микромира следует предположить существование дополнительных полей и взаимодействий.

Для объяснения наблюдаемого с ускорением расширения Вселенной космология вводит теоретический вид энергии – тёмную энергию с отрицательным давлением (антигравитацией). Её доля составляет примерно 70 % от всей энергии Вселенной, но из-за низкой плотности (10^–29 г/см³) экспериментально обнаружить тёмную энергию не представляется возможным.

Если тёмная энергия связана с ускорением Вселенной, возникает закономерный вопрос: почему ускорение Вселенной началось именно с конкретного момента времени? Начнись ускорение раньше, звёзды и галактики не успели бы сформироваться, и для возникновения жизни не осталось бы никаких шансов.

Не исключено, что для расширения Вселенной не требуется обязательное присутствие в пространстве тёмной энергии. Силы гравитации могут уступить место антигравитационным силам при переходе до величин, сопоставимых с наблюдаемой Вселенной. Примером может служить неожиданное изменение сил притяжения на силы отталкивания при попытке сблизить друг с другом нуклоны в атомном ядре на расстояние меньше 0,5 Ферми.

Только 5 % во Вселенной составляет обычная материя, и она хорошо изучена. Об оставшихся 95 %, которые приходятся на тёмную энергию и тёмную материю, мы не знаем практически ничего. Павел Кроупа, профессор из Института астрономии имени Аргеландера при Боннском университете в Германии, изучая движение карликовых спутников галактики, пришёл к выводу что, если работают законы Ньютона, и есть «тёмная» материя, там, где она есть, по законам Ньютона её быть не должно [16] .

16

Тунцов А. Карлики рушат законы механики, 22.04.2009 г. https://www.gazeta.ru/science/2009/04/22_a_2977764.shtml.

Если Большой взрыв вызвал расширение Вселенной, должно было возникнуть сильное неоднородное распределение вещества, а это не наблюдается. Непонятно, как в однородной Вселенной образовались неоднородности, явившиеся причиной образования галактик.

Теоретически модель Большого взрыва хорошо разработана, имеет строгое математическое обоснование и подтверждена многочисленными опытами. Но она не включает в себя гравитацию и не даёт ответа на вопрос, что такое тёмная материя, если её существование реально. Также неизвестно, почему у нынешних фундаментальных физических констант именно такие значения. Эти проблемы вызвали к жизни альтернативные теории. Среди них теория струн, петлевая квантовая гравитация, причинная динамическая триангуляция и другие теории. К сожалению, ни одна из них не нашла экспериментального подтверждения.

Первая попытка объединения квантовой теории с гравитацией была предпринята при жизни Эйнштейна. В 1914 году финский физик-теоретик Гуннар Нордстрём, повысив на единицу размерность пространства и применив теорию электромагнетизма Максвелла к пятимерному миру, объединил гравитацию с электромагнетизмом. Впоследствии немецкий физик Теодор Калуца пересмотрел идею Нордстрёма о скрытой размерности и сделал её скрученной. Для этого он применил ОТО к пятимерному миру и получил электромагнетизм. Шведский физик Оскар Кляйн усовершенствовал идею Калуцы по объединению гравитации с электромагнетизмом и из уравнений Эйнштейна с изящностью вывел уравнения Максвелла.

Это была победа! Учёные вместе с Эйнштейном ликовали. Но пятое измерение рождало бесконечное множество решений во времени. В дополнение к этому решения оказались нестабильными. В итоге очередная теория потерпела неудачу. Смертельный нокаут она получила в 30-е годы с открытием сильных и слабых ядерных взаимодействий, о которых и не подозревала.

Теории струн для описания всех известных элементарных частиц потребовалось уже десять измерений пространства, включая известные нам четыре. Идея теории струн состояла в том, что колеблющуюся струну планковских размеров можно представить как возбуждённое состояние пространства, обладающее энергией. Струна была фундаментальна, не имела структуры, а элементарные частицы рождались из возбуждённых мод струн.

В теории струн закон движения определяет законы сил, в то время как в других теориях движение частиц и фундаментальные силы – два разных понятия. В отличие от свободных констант, струнная константа связи – это физическая степень свободы. И вместо того, чтобы быть параметром законов, она становится параметром, отмечающим решения. Из-за этой особенности поведение струны фиксируется не теорией, а особым многомерным миром, в котором она живёт [17] .

Проквантовав пространство, теория струн попыталась таким образом объединить квантовую механику и ОТО. Но это привело к непредсказуемым последствиям. Появилась ландшафтность, указывающая на существование до 10⁵⁰⁰ вариантов различных миров, среди которых, возможно, находится и наблюдаемый нами мир. Доказать правильность теории стало невозможно, как и опровергнуть. Теория стала нефальсифицируемой. Взяв уверенный и многообещающий старт, она так и не доковыляла до финиша.

17

Смолин Ли. Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует: Пер. с англ., 2006. http://www.rodon.org/sl/nsfvtsunichzes/.

Объясняя устройство мира, некоторые учёные, под давлением неопровержимых фактов, включают в свои теории информационную сущность.

Член Нью-Йоркской академии наук А. М. Хазен сформулировал закон иерархического синтеза действия энтропии информации, представив информацию в виде физической переменной. По Хазену в Природе происходит самопроизвольный синтез информации. В основе теории синтеза информации лежат случайности.

Суть закона состоит в следующем. Информация есть устранённая неопределённость в достижении цели. Она передаётся с помощью сигналов – носителей информации. Сигналы сами по себе никакой информации не несут и требуют расшифровки. Природе, в отличие от человека, не требуется расшифровка значения сигналов для получения информации, так как она не имеет цели.