Текст книги "Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее"

Автор книги: Александр Потупа

сообщить о нарушении

Текущая страница: 20 (всего у книги 35 страниц)

Наряду с такими стационарными излучателями большую роль могут играть импульсные вспышки, связанные с внезапным сближением и даже столкновениями звезд в скоплениях и, особенно, в центральных областях галактик. Например, при прямом столкновении двух звезд типа Солнца около 1/800 части их суммарной массы может выделиться в импульс гравитационного излучения – за очень небольшое время выделится до 4,5.1044 Дж энергии. Гораздо эффективней двойных звезд должны испускать гравитационные волны такие космические объекты, как пульсары, квазары и черные дыры. При не слишком сильных допущениях гравитационная светимость несколько деформированной вращающейся нейтронной звезды может достигать 1031 Вт, то есть порядка пятой части общей светимости.

Еще более впечатляющая картина вырисовывается при взрывах квазаров, гравитационная светимость которых квадратично зависит от мощности взрыва Р : Lg ~ (G/c5) Р2.

Для взрыва с характерным энерговыделением 1052 Джоулей за время порядка 3-х лет гравитационная светимость достигает 1038 Ватт. Это, пожалуй, превышает полную светимость звезд обычной Галактики.

Другой не менее эффектный механизм мощнейшего гравитационного импульса – слияние черных дыр, когда в излучение переходит около 30 % их суммарной массы.

Кроме анализа таких астрофизических источников в настоящее время ведется активный поиск излучателей земного (желательно даже лабораторного) масштаба – от несимметричных взрывов атомных бомб и сверхмощных лазерных импульсов до обычных вращающихся стержней и пульсирующих оболочек. Разумеется, чисто лабораторный эксперимент во многих отношениях удобней. Он дает возможность более подробного изучения явлений за счет регулировки параметров источника. С астрофизическими объектами в этом плане пока мы бессильны – звезды излучают "когда им хочется и так, как можется", не слишком считаясь с нашими интересами. С другой стороны, все до сих пор изученные методы искусственной генерации страдают общим недостатком: они ведут к очень ограниченным мощностям. В этой связи было бы очень любопытно поискать пути к усилению гравитационного излучения за счет каких-то когерентных систем излучателей – в духе лазерного эффекта в оптике. К сожалению, аналогия повисает здесь над ущельями многих и многих неясностей.

Убедившись в том, что гравитационное излучение способно возникнуть во многих ситуациях, обратимся теперь к несколько драматической истории его открытия. Дело в том, что уже в 1969 году американский физик Дж. Вебер опубликовал сообщение о регистрации новых волн.

В качестве детектора Вебер использовал полутораметровый алюминиевый цилиндр радиусом 30 см и массой в полторы тонны. Цилиндр максимально изолировался от случайных воздействий – его подвешивали в вакуумной камере на проволочных креплениях. Собственные колебания цилиндра с частотой 1661 Герц после возбуждения затухали примерно за 10 секунд, то есть он успевал совершить до 100 тысяч колебаний. Чувствительность детектора была столь велика, что он мог регистрировать сокращение длины порядка 10-15 см. Механические колебания, вызванные каким-то внешним импульсом, преобразовывались в электрические сигналы специальными пьезоэлектрическими датчиками, укрепленными посреди цилиндра. Совершенно такая же регистрирующая система была смонтирована почти за 1000 км от основной лаборатории*.

*Один из цилиндров находился в лаборатории Мэрилендского университета, другой – недалеко от Чикаго, в Аргоннской Национальной Лаборатории.

Вскоре после начала опытов Вебер отметил, что в обоих цилиндрах в среднем раз в две недели одновременно возникают колебания, и никаких причин, кроме возможной регистрации искомых волн, для этих колебаний не видно. Более того, Вебер рассчитал местонахождение источника излучения где-то в центре Галактики.

Публикация результатов прозвучала сенсационно и в то же время вполне реалистически: в неизбежность этого открытия верили более полувека. Трудно назвать хоть одно физическое явление, к открытию которого физики были бы морально готовы в такой степени.

Но очень быстро наступил более пессимистический момент. Теоретики сообразили, что поток излучения, зарегистрированный приборами Вебера (10-3 – 10-1 Bт/см2), слишком велик – необходимо еще придумать источник, способный к столь активной генерации. Если бы центр Галактики излучал именно так, то он попросту целиком высветился бы в форме гравитационных волн примерно за 10 миллионов лет, что в 1000 раз меньше минимально допустимого возраста Галактики.

Так родилась любопытнейшая проблема – что именно зарегистрировано в опытах Вебера? По этому поводу формулировались самые разные гипотезы, но окончательной ясности так и нет.

Ясно только, что официальное открытие гравитационных волн еще не состоялось. Вебер сделал шаг в нужном направлении, но его данные пока нельзя интерпретировать так, как хотелось бы. Тем более, что прокатившаяся по всему миру "гравитационно-волновая лихорадка", сопровождавшаяся еще более прецизионными измерениями, дала обескураживающие результаты. Ни одна лаборатория не смогла воспроизвести нечто даже близко напоминающее веберовские достижения.

Остается надеяться, что проблема обнаружения гравитационных волн все-таки не перейдет по наследству в 21 столетие. Для ее решения прилагаются очень серьезные усилия. И даже небольшая вероятность положительного результата вполне их окупает.

Дело в том, что гравитационные волны с большой степенью вероятности могут послужить ключом к решению фундаментальнейших задач – от физики элементарных частиц до космологии.

Реликтовые гравитационные волны должны нести информацию о самых ранних эпохах космологической эволюции. Из-за слабости взаимодействия гравитационные волны очень рано отрываются от остальных видов материи, и с их помощью мы смогли бы заглянуть едва ли не в Сингулярность, во всяком случае, по современным представлениям, ни один иной реликт не способен напрямую рассказать о состоянии Вселенной в планковскую эру t ~ tP. Таким образом, они дают абсолютный хронологический зонд, несут на себе отпечаток самой ранней истории, включая Первовзрыв.

Распространяясь в космическом пространстве, гравитационные волны опять-таки из-за предельно слабого взаимодействия с веществом способны настолько глубоко проникать вовнутрь плотных небесных тел, насколько это вообще возможно. Гравитационная астрономия выявила бы такие детали строения Вселенной, которые, видимо, никакими иными путями не добыть. Особо важно в этом отношении зондирование самых активных областей – ядер галактик и квазаров, которые практически недоступны наблюдению иными средствами. Между тем, там спрятаны наиболее мощные энергетические источники. Гравитационная карта неба должна весьма радикально отличаться от электромагнитной, полученной в диапазоне оптических и радиоволновых наблюдений. И возможно, мы пока совсем поверхностно оцениваем общую светимость ряда объектов – как раз в гравитационной области они и могут оказаться особенно яркими. Трудно избежать и предположения о том, что только наблюдения гравитационного излучения откроют путь к области экстремально высоких светимостей, близких к планковскому пределу LP.

Наконец, очень важно, что, исследуя гравитационные волны, мы вплотную подошли бы к решению задачи квантования гравитации. Опыт работы в области электродинамики подсказывает, что именно через волновую теорию проще всего прорваться к обнаружению корпускулярной структуры поля. В электродинамике этот процесс привел к теории фотонов. При квантовании гравитационного поля, казалось бы, должны проявляться особые частицы – гравитоны.

Теоретики изобрели их сразу же, как только были получены соответствующие решения волновых уравнений слабого гравитационного поля. Работа эта шла по аналогии с квантовой электродинамикой, но, к сожалению, без соответствующей экспериментальной основы.

Были построены простейшие модели взаимодействия гравитонов с другими частицами. Выяснилось, например, что электрон и позитрон, в принципе, могут аннигилировать в пару гравитонов, а гравитон в поле звезды может рождать пару – частицу и античастицу. Отсюда, естественно, возникло подозрение, что процессы такого рода и составляют микроскопическую основу взаимосвязи материи с геометрией пространства-времени, взаимосвязи, которая лишь в очень усредненной форме отражается классическими уравнениями Эйнштейна.

Не исключено, что гравитоны дадут неплохое начальное приближение для перехода к решению общей задачи о структуре пространства-времени в очень малых областях, вплоть до планковской. Квантование метрического поля при сохранении обычного смысла координат – операция не совсем последовательная. Но эта непоследовательность проявляется только вблизи планковской области, когда взаимодействие между гравитонами заведомо не мало, и они начинают интенсивно размножаться. В результате представления классической геометрии теряют смысл в очень малых объемах*.

* Научно это выражается так: метрика испытывает большие квантовые флуктуации (случайные отклонения от средних значений), и нельзя обычным образом определить расстояние между парой точек.

Не понятен пока механизм гравитационного взаимодействия элементарных частиц. Хотелось бы верить, что в какой-то степени его можно будет описать моделью обмена гравитонами.

По имеющимся оценкам, особо актуальной эта проблема должна стать лишь при фантастически высоких энергиях сталкивающихся частиц Е = mРс2 – порядка 2 миллиардов Джоулей. В этом плане далекое будущее физики высоких энергий тоже упирается в проблему планковской области. Все дороги ведут в Рим!

МЕЧТЫ О КОСМИЧЕСКОМ МИКРОНАСЕЛЕНИИ

Рассматривая картину ранних космологических стадий, трудно избежать одного древнейшего предрассудка. Речь идет о более или менее длительном периоде начального Хаоса, из которого постепенно и в довольно поздние сроки формируются структуры. Конечно, сейчас ученые не мыслят его в виде какого-то клубящегося античного океана – разыгрывается модель крайне горячего газа элементарных частиц, однако идея бесструктурности объектов ранней Вселенной играет важную роль. Вроде бы все верно, какие структуры могут образовываться в среде, чья температура измеряется миллиардами миллиардов градусов? Любая из них разрушится в самом зародыше...

И все-таки проблема не так проста, как может показаться на первый взгляд.

Общепринятые ныне представления сводятся к тому, что лептоны, фотоны и кварки – частицы точечные, и первый структурный уровень эволюции соответствует синтезу адронов из кварков при t ~ 10-5 с. Адроны действительно сложные образования, их нетривиальная структура подтверждена прямыми экспериментами. Не исключено, что в соударениях при куда более высоких энергиях нам удастся установить сложное строение каких-то других частиц – выяснится, например, что кварки и (или) лептоны можно описать набором более простых структурных единиц. В этом случае придется выделять особую эпоху кваркового и (или) лептонного синтеза, но ничего сверхнеожиданного такое выделение не внесет. Осознав, что в истории Вселенной были эпохи без наблюдаемых звезд и галактик, без привычных атомов и молекул и даже без адронов, нетрудно будет привыкнуть и к докварковой эре.

После адронов появляются следующие структурные уровни – простейшие атомные ядра, а много позже – атомы и молекулы. Если представление об адронах как составных системах не слишком наглядно, то теперь уже можно довольно уверенно говорить о "чем-то, состоящем из того-то и того-то" (ядро гелия-4 – из 2 протонов и 2 нейтронов, атом водорода – из протона и электрона и т. п.). Ну, а потом создаются условия для синтеза более сложных веществ, и решающую роль в этом добром деле играет гравитация, конденсирующая материю в достаточно компактные объемы. Картина дальнейшей эволюции во многом уже прояснена, и мы обсудим ее, рассказывая о космогонической фазе.

Теперь же нас интересует нечто, относящееся к совсем ранней Вселенной. Вопрос в следующем – каковы собственно локальные проявления гравитации до эпохи адронного синтеза? Не приводит ли гравитационная конденсация к образованию каких-то реликтовых структур, неизвестного нам типа, возможно целых эволюционных ветвей материи, просто не замеченных пока современным экспериментом и не разработанных как следует теорией?

Кое-что на эту тему уже обсуждалось, например, гипотеза Зельдовича-Новикова о формировании реликтовых черных дыр очень малого размера и колоссальной плотности. Согласно теории Хокинга, некоторые из этих дыр могли бы проявиться как раз в современную эпоху, демонстрируя завершающую стадию своего испарения.

Задачу можно ставить и несколько шире – почему только дыры? Не способна ли гравитация сконденсировать в очень ранней Вселенной и чуть менее массивные равновесные объекты типа звезд, не входящих в режим коллапса?

Начнем опять-таки с эпохи адронного синтеза. Очень вероятно, что подавляющее большинство кварков стягиваются при t ~ 10-5 с в отдельные адроны. Но не может ли вести гравитационная конденсация кваркового вещества в объеме порядка 3 км (R ~ ct ~ (3.105 км/с)х10-5 с ~ 3 км) к образованию реликтовых кварковых звезд примерно такого же размера? Вообще, не формируются ли на этой стадии – пусть с очень небольшой вероятностью кварковые структуры, сильно отличные от известных ныне адронов?

Суть дела в том, что современный эксперимент по столкновениям адронов при высоких энергиях имеет дело с очень малыми количествами кваркового вещества, причем уже организованного в адронную форму. В результате соударений рождаются снова адроны. Но условия реакций здесь совсем иные, чем в ранней Вселенной. Область взаимодействия окружена вакуумом, а не веществом сверхъядерной плотности. Возможно, в связи с этим и резко подавлены каналы образования чего-то отличного от известных адронов, и более крупные кварковые структуры просто не могут проявиться при современных энергиях и объемах участвующего в реакциях кваркового вещества.

Проблема кварковых звезд и макроскопических капель кварковой жидкости уже обсуждается современной теорией, хотя перспективы прямого эксперимента в этой области сопряжены с огромными трудностями. Однако впереди маячит нечто очень важное: новая картина ранней Вселенной, гораздо менее унылая, чем однородный горячий бульон точечных частиц. Не ухватились ли мы лишь за сравнительно поздние ветви космогонической эволюции, упуская из вида значительное многообразие ее самых ранних форм?

Перейдем теперь к эпохе, когда могли формироваться гипотетические мини-дыры массой порядка 1015 г, способные и сегодня завершать свое испарение. Предположим, что наряду с ними при t ~10-23 c конденсируются какие-то немного менее массивные объекты колоссальной плотности ( ~ 1052 г/см3 и радиусом R ~ 10-13 см, способные пережить самые горячие времена и сохраниться в нынешней Вселенной.

И сразу же возникает один очень интересный аспект микрозвезд гравитационные атомы.

Уже давно теоретики обратили внимание на одну серьезную несправедливость – кулоновские электрические силы легко связывают, скажем, электрон и протон в атом,* тогда как гравитационным силам это как бы не удается. Дело, конечно, в их исключительной слабости. Элементарным частицам невозможно образовать сколь-нибудь устойчивую атомную систему за счет потенциала тяготения. Наглядно это выражается в том, что, скажем, размер гравитационного атома из пары ?-мезонов достигает радиуса наблюдаемой Вселенной (h2/Gm?3 ~ c/H ~ RВсел ,

где Н – современное значение функции Хаббла ). Поэтому, вероятней всего, строить такие атомы без учета качественно новых типов звезд и элементарных частиц не имеет смысла.

*Размер такого атома определяется величиной rB = h2/e2me ? 10-8 см, именуемой Боровским радиусом, е – электрический заряд электрона и протона, me – масса электрона. Размер гравитационного атома дается аналогичной формулой, где е2 заменяется ньютоновским выражением Gm1m2.

Оказывается, что микрозвезды массой 1015 г как раз и могут связываться с электроном в водородоподобную систему, причем удается вычислить тонкие различия в спектре такого атома и обычного водорода, где роль ядра играет протон. Не исключено, что лишь по этим спектральным различиям и следует искать новые атомы. Благодаря недавнему обнаружению очень малой массы покоя у электронного нейтрино можно построить модель, в которой гравитационный атом с орбитальным нейтрино достигает практически макроскопических размеров (rB ~ 10-4 см).

Все эти идеи довольно любопытны, однако главная проблема относится к строению микрозвезд. Один из очевидных подходов – аналогия с нейтронными звездами, иными словами, предположение о том, что микрозвезда состоит из холодного газа частиц, подобных нейтронам. Проблема, однако, в том, что эти частицы, супербарионы, чрезвычайно массивны – примерно в миллиард раз массивней нейтрона, и их поиск на ускорителях пока дело неблизкого будущего*.

* Все дело именно в массивности частиц, из которых состоит гипотетическая микрозвезда! Обычно полагают, что в очень ранней и горячей Вселенной не могут образовываться никакие многочастичные конденсации, кроме первичных черных дыр. Представление основано на том простом факте, что ультрарелятивистские частицы горячего бульона непременно убегут из любой конденсации, чей радиус превышает Rg. Это так, если предполагать, что вплоть до какого-то момента Вселенная состоит из одних только ультрарелятивистских частиц, чья кинетическая энергия много больше энергии покоя (фактически: кТ (mс2), т. е. начальная Вселенная является "чисто горячей". На самом деле даже в очень ранние моменты во Вселенной может присутствовать "холодная компонента" – небольшая доля достаточно массивных и потому относительно медленных частиц. Действительно, в момент t, когда температура Вселенной Т ~ v tP/t , частицы с массой покоя m ~ kT/c2 ~ mР v tP/t перестают быть ультрарелятивистскими – их кинетические энергии того же порядка, что и энергия покоя mc2. В пределах горизонта R ~ ct они могут конденсироваться в микрозвезду с массой М ~ (R3 ~ (P (tP/t)2(ct)3 ~ mР (tP/t) ~ mР3/m2. Такая микрозвезда представляет собой возмущение в среднем однородного фона плотности материи. В частности, при t ~ 10-23 с гипотетические супербарионы с m ~ 10-15 г могут формировать микрозвезды с М ~ 1015 г. Тепловые скорости супербарионов должны стать заметно меньше с, и для достаточно компактной микрозвезды – меньше критической скорости убегания. Разумеется, обрастать атмосферой из более легких частиц (и, например, формировать гравитационные атомы) такая микрозвезда сможет лишь много позже – при достаточном падении общей температуры.

Было бы любопытно выяснить – не является ли "холодная компонента" источником самых ранних возмущений плотности материи, начиная, быть может, с t ~ tP , когда способны формироваться микрозвезды планкеонного масштаба. Проблема "холодной компоненты", разумеется, будет решаться экспериментально – во-первых, необходимо искать частицы очень больших масс (на 10 и более порядков тяжелее протона), во-вторых, непосредственно искать реликты типа микрозвезд по их прямым и косвенным проявлениям, имея в виду, что относительные концентрации этих объектов могут быть крайне малы.

Один из примеров образования реликтовых конденсаций за счет описанного механизма уже известен, хотя он и относится к сравнительно холодным эпохам. Речь идет о формировании облаков из реликтовых нейтрино с ненулевой массой покоя при t ~ tP(mР/m?)2 ~ 1010 с ~ 300 лет. В эту эпоху (Т~105К) нейтрино с m? ~ 30 эВ уже не ультрарелятивистские. Масса нейтринного облака М ~ mР3/ m?2 ~ 1015 г, а начальный радиус R ~ lP(mР/ m?)2 ~ 100 пс. Такая гигантская конденсация, как мы увидим в гл. 9, Должна играть определяющую роль в формировании самых крупных структурных единиц Вселенной – сверхскоплений галактик.

Но уж если фантазировать, так до конца!

Опять-таки проблема микрозвезд толкает нас к планковской области. Попробуем подумать, какой может быть предельно малая звезда?

Очень интересная оценка возникает при попытке сконструировать звезду из холодного газа частиц, каждая из которых эквивалентна самой звезде. Оказывается, такой самозашнурованный объект будет состоять из планкеонов и сам будет планкеоном.

Не сшиваются ли таким образом две вроде бы совершенно несопоставимых группы космического населения – элементарные частицы и звезды? Не является ли планкеон одновременно чем-то вроде минимальной звезды и максимальной частицы?

Должно быть, мы достаточно углубились в сферу мысленных конструкций, не имеющих под собой пока ни одного экспериментального факта. Однако в данной ситуации путешествие по многообразным и скользким путям воображения кое-чем оправдано. На горизонте маячит принципиально новая ветвь астрофизики, тесно переплетенная с грядущими исследованиями поведения вещества в совершенно необычных условиях. Мы ощупываем этот горизонт лучами своих весьма несовершенных аналогий, но даже в столь примитивном освещении вырисовывается нечто крайне привлекательное.

Открытие реликтовых структур типа микрозвезд или каких-то явных следов их существования в ранней Вселенной стало бы одним из мощнейших революционизирующих толчков в истории естествознания. Мало того, что само по себе оно дало бы новую сферу исследований, оно послужило бы и важнейшей опорной точкой для броска в планковскую область, в зону Первовзрыва.

Возможность сшить два мира – звезд и элементарных частиц – кажется чем-то сказочным, однако тот, кто посчитает эту идею пределом фантастики, разочаруется очень скоро – уже в следующем разделе мы столкнемся с не менее эффектными гипотезами.

АНТРОПОГЕННЫЙ ПРИНЦИП

Хорошая физическая теория должна, исходя из очень небольшого круга фундаментальных положений, выводить конкретные предсказания, в частности, объяснять численные значения наблюдаемых характеристик окружающего мира. Речь идет о массах, временах жизни, светимостях, частотах и т.д.

С большинством таких задач современная физика справляется довольно успешно. Например, мы знаем, что характерная частота переходов в атоме водорода, полностью нормирующая его спектр, легко выражается через постоянную Планка, заряд и массу электрона – это так называемая постоянная Ридберга (R? = mee4/2 h2). Характерная масса звезды типа Солнца с точностью до несущественного числового множителя оценивается комбинацией трех мировых констант и массы протона (M~ (hc/G)3/2 mp-2 ~ (mP3/mp2)), то есть удобно выражается через планковскую массу. Нечто похожее имеет место и в других случаях – все в порядке, если наблюдаемые параметры объектов и процессов выражены через некий минимальный набор констант.

В этот набор сейчас включены и величины, которым, может быть, там не место. Многие физики убеждены, что более общая теория даст методы расчета спектра масс элементарных частиц, и массы электрона и протона будут выражены через какие-то более фундаментальные вещи, например, через планковскую массу. Не исключено, что найдутся в такой общей теории и идеи, позволяющие вычислять заряд электрона и другие константы взаимодействия. Было бы, конечно, здорово свести все и вся к комбинациями трех мировых констант h, с, G или, что то же самое, к планковским единицам. Но пока приходится опираться на достигнутое, и реалистический минимальный набор, наряду с фундаментальной тройкой, включает массы и константы взаимодействия элементарных частиц.

Общая теория имеет шанс еще долго пробыть предметом веры, но в связи с ее предполагаемым появлением есть и несколько пессимистические точки зрения. Честно говоря, в области известных ныне элементарных частиц не видно параметра с размерностью массы, который позволил бы объяснить весь спектр наблюдаемых масс. И не так-то легко поверить в существование одного параметра, который (подобно константе Ридберга в атомной физике) даст единую нормировку массового спектра в огромном интервале от нейтрино до самых тяжелых адронных резонансов. Что же касается стратегии дальнего прицела, например, использования планковской массы, то по нынешнему физико-математическому кругозору кажется маловероятным, чтобы какая-то теория уверенно вычисляла потрясающе малые безразмерные константы отношения масс обычных элементарных частиц к массе планкеона (скажем, для протона mр/mР = 10-19!).

Если даже предположить, что программа такого рода будет выполнена, и все известные массы частиц и константы связи выстроятся из фундаментальной тройки, то останется и такой вопрос: как объяснить тройку, или, по-другому, откуда берется планковский набор {lP, tP, mP}?

Подходя к делу прагматично, можно вообще не считать актуальной проблемой получение спектра масс элементарных частиц и тем более установление природы планковского набора. В конце концов, современный уровень физики просто не позволяет заглянуть достаточно глубоко – в свое время и набор частот в атомных спектрах представлялся загадкой...

Есть и иной путь – поискать какую-то совсем оригинальную схему объяснения, не исключая даже сильных отклонений от существующей физической традиции. Под традицией понимается своеобразная атомистическая идеология, сложившаяся в первые десятилетия нашего века под впечатлением грандиозных успехов атомной и молекулярной физики. Есть определенный структурный уровень материи – окружающее нас вещество. Его свойства во всех фазах (газовой, жидкой и твердой) хорошо объясняются моделью атомно-молекулярного строения. Но сами параметры атомов и молекул – массы, размеры, характерные частоты – до поры входили в теорию просто как необъяснимые константы. Квантовая теория превосходно объяснила эти параметры на более глубоком структурном уровне, создав модели строения атомов и молекул. На сегодняшний день атомно-молекулярная картина целиком выводима из свойств элементарных частиц, то есть основана на еще более глубоком структурном уровне материи. Ну, и так далее – прорвемся мы когда-нибудь к следующему уровню и на этой основе построим полную теорию элементарных частиц, и их массы, конечно же, исчезнут из минимального набора констант...

Вполне вероятно, что так и будет, но есть ли уверенность, что материя достроена по строго матрешечному принципу?

Оригинальная точка зрения, не разделяющая эту уверенность, стала развиваться в 60-е годы. Речь идет о так называемом методе бутстрэпа, или самозашнуровки*. Этот подход выставил в качестве схемы объяснения такую идею: все параметры минимального набора образуют единственную самосогласованную систему в том смысле, что любой из них имеет наблюдаемое значение, поскольку все остальные имеют тоже наблюдаемые значения. Иными словами, масса протона составляет 1,67.10-24 г потому, что масса электрона 9,11.10-28 г, масса Солнца 1,99.1033 г, а скорость света 3.1010 см/с и т.д. И если немного изменить массу протона (или Солнца или ?-мезона), "поедут" все остальные фундаментальные константы и параметры, теоретические оценки во всех областях разойдутся с наблюдениями.

*По-английски бутстрэп – шнуровка обуви (bootstrap)

Разумеется, здесь приведена экстремистская формулировка бутстрэпа как принципа организации Вселенной. Из нее следует, что мы живем – в лучшем или не в лучшем, – но в единственно возможном мире. Решить проблему в такой формулировке трудно, если вообще возможно.

То, что масса обычных звезд зависит от массы протона,– следствие обычной астрофизической модели, не требующее чего-то в духе бутстрэпа. Связь между величинами масс протона и электрона вообще не ясна. В теории адронов бутстрэп продемонстрировал ряд наглядных связей между массами, но распространить эти идеи на лептоны (в частности, на электрон) не удалось.

Если бы дело ограничилось явным вычислением связей такого рода или гипотезами о возможных связях, то, по сути, бутстрэп следовало бы считать принципом взаимосогласованности различных срезов действительности.

Но у него есть и особая, так сказать, зона применения. Увидеть ее проще всего, обратив внимание на так называемые "магические соотношения". Одно из них мы упоминали в предыдущем разделе – радиус наблюдаемого участка Вселенной того же порядка, что и радиус гравитационного атома, образованного парой обычных элементарных частиц (R ~ c/H ~ h 2/Gm3 *). Современная теория элементарных частиц и теория гравитации это соотношение не выводят, возможно, потому, что они не объединены. Вот здесь-то бутстрэп и пытается сыграть роль заместителя единой теории. Можно, например, показать, что возраст типичной звезды на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рэссела по порядку величины близок к t ~ h 2/Gmp3c ~ tP (mP/mp)3 , то есть рассмотренное "магическое соотношение" как бы отражает экспериментально наблюдаемый факт обилия звезд главной последовательности в нашу эпоху. Появляется своеобразная зарубка на оси времени (t ~ 1017 – 1018 с), соответствующая космологической эпохе обилия обычных звезд. Это нечто вроде зарубок, соответствующих эпохам адронного синтеза (t ~ 10-5 c) или атомного синтеза (t ~ 105 – 106 лет). Но есть и интересная разница – ведь в "магическое соотношение" входят параметры нашей эпохи, в частности, наблюдаемое значение функции Хаббла. Требуя, чтобы возраст наблюдаемой Вселенной был того же порядка, что и возраст звезд главной последовательности (хотя бы столь большим, чтобы эти звезды могли достаточно далеко зайти в своей эволюции), мы вроде бы объясняем "магическое соотношение" – только какой ценой? По существу, мы навязываем Вселенной наличие звезд типа Солнца, а тем самым – косвенно – и собственное существование.

*Для численной оценки лучше всего подходит ?-мезон, но взять протон (mp/m? ~ 7) – тоже не ошибка. Ведь такую величину, как возраст Вселенной (~ 1/H) или ее радиус, мы оцениваем очень грубо – по порядку величины.

Американский физик Роберт Дикке решил, что эту операцию неплохо бы проделать и в явной форме. Так родилось интереснейшее направление бутстрэпной идеологии – так называемый антропологический принцип*.

*Дискуссия о связи идей бутстрэпа и антропологического (или, как иногда говорят, антропного) принципа увела бы нас слишком далеко. При желании можно считать, что это независимые подходы. Всеобщий бутстрэп предполагает отсутствие каких-либо фундаментальных элементов Вселенной все элементы равно важны в своей взаимообусловленности. Антропологический принцип подчеркивает, что вся информация об этих элементах фиксируется не вообще в космическом пространстве, а наблюдателем и поневоле имеет антропоцентрическую форму.

Суть его сводится к тому, что любые следствия любой теории не должны противоречить факту существования наблюдателя, мыслимого в образе человека. Возможен и более эффектный вариант – сильный антропологический принцип, согласно которому параметры Вселенной должны иметь значения, допускающие эволюционную ветвь человеческого типа.