|
Изотропия Метагалактики прекрасно подтверждается
в процессе исследования углового распределения
реликтового излучения. Оно заполняет всю Метагалактику и поэтому
может служить критерием ее симметрии. С высокой степенью точности
никаких отклонений от изотропии Метагалактики до сих пор (на
конец 1986 г.) обнаружено не было.
Известно, что Метагалактика неоднородна. Существуют
острова высокой концентрации вещества: звезды,
галактики, скопления галактик. Однако наибольшие
масштабы таких островов в 10**2 - 10**3 раз меньше
размеров Метагалактики. Поэтому с такой точностью
(10**-3 - 10**-2) можно
полагать
Метагалактику однородной. Мы вместе с другими космологами
примем этот постулат однородности.
Общим для большинства современных
моделей является главное - допущение, что в течение времени
от планковского T| до T|~~10**-35 с (время,
характерное для большого объединения, определяет окончание
фазового перехода и имеет грубо оценочное значение)
Вселенная развивалась по де Ситтеру и
увеличила свои размеры от
планковского (l|~~10**-33 см) до гигантского
радиуса, существенно превышающего размеры Метагалактики.
В некоторых простых моделях размер пузыря,
возникающего на деситтеровской cтадии, достигает 10**(10**6)
см (эту цифру полезно сравнить с размерами Метагалактики 10**28
см). Именно поэтому к такому пузырю можно применить понятие
"Вселенная", которое и
в данном случае отражает пределы нашего знания
о мире в целом. Заметим, что огромные размеры
пузыря определяются значением показателя экспоненты
Ht в формуле (62). Действительно, полагая,
что величина H определяется фундаментальными
постоянными HP, G и c, нетрудно получить из
соображений размерности, что H ~ t|**-1 ~~
10*43 с**-1 .
Размерность физического пространства N = 3 занимает
среди геометродинамических характеристик
особое место. Изотропию и однородность физического
пространства - его евклидовость (псевдоевклидовость) -
можно объяснить его простотой. Эти свойства
пространства характеризуют его
предельную симметричность. Пространство
Евклида - единственное максимально симметричное пространство
с нулевой (экстремальной) кривизной. Экстремальность симметрии (хотя и
в меньшей степени) характеризует и другие космологические
пространства (пространство Лобачевского
или сферу).
Поскольку известно, что природа
"любит" симметрию и экстремальность, то кажется
естественным, что ее выбор остановился на симметричных
пространствах.
В рамках модели раздувающейся Вселенной
евклидовость пространства Метагалактики естественно интерпретируется
в духе основных геометрических идей. Метагалактика
- малая часть Вселенной, а малые области
достаточно гладкого пространства можно хорошо описать
с помощью евклидовой
геометрии.
Совершенно иная ситуация возникает при попытке подойти к размерности физического пространства с математических позиций. Значение N = 3 практически невыделенное число. В натуральном ряду экстремальную величину имеют значения N = 1 (или при более общем подходе к геометрии N = 0) и N = БЕСК. Тем не менее хорошо известно, что размерность физического пространства в исследованных интервалах 10**-16 ~< r ~< 10**28 см не равна этим значениям.
Итак, будем искать природу
размерности нашей Метагалактики в физической
(динамической) выделенности размерности N = 3. Разумеется,
в подобном подходе мы будем полагать неизменным другое
его свойство - евклидовость, которое кажется вполне естественным
вследствие его простоты.8 дальнейшем будем опираться
на полузабытую работу П.Эренфеста "Как
проявляется трехмерность пространства в
фундаментальных законах физики", значение которой
можно оценить лишь в настоящее время. Сейчас рассуждения Эренфеста кажутся
настолько простыми, что мы ограничимся
лишь качественными соображениями`. В этой работе содержатся
две взаимосвязанные кардинальные идеи, развитие которых и будет положено
в основу нашего анализа природы пространства и
физических закономерностей на современном уровне.
------------------------------------------------------------
` Подробно труднодоступная работа Эренфеста
излагается в
кн.: Горелик Г.Е. Почему пространство трехмерно. М.:Наука,
1982
------------------------------------------------------------
Первая идея заключается в доказательстве отсутствия некоторых основных устойчивых связанных состояний при изменении численного значения фундаментальных постоянных.
Вторая - в утверждении: чтобы понять, почему мир устроен так, а не иначе, необходимо варьировать, изменять фундаментальные постоянные.
Принцип целесообразности - это констатация факта, что существование основных устойчивых состояний обусловлено всей совокупностью физических закономерностей, включая размерность пространства и другие численные значения фундаментальных постоянных. Для существования основных устойчивых состояний физические закономерности не только достаточны, но и необходимы. Наш мир устроен очень хрупко, небольшое изменение его законов разрушает его элементы - основные связанные устойчивые состояния, к которым можно отнести ядра атомов, атомы, звезды
В основе антропной интерпретации лежит утверждение, что физические условия в Метагалактике максимально способствуют возникновению жизни. Мы не знаем достаточных условий для этого процесса, но можем сформулировать некоторые очевидные необходимые условия. Ясно, что для возникновения жизни необходимо длительное существование звезд и Метагалактики, тогда оптимальным условием будет равенство времен жизни звезд t| и Метагалактики t|.
Из палеонтологии известно, что жизнь на Земле возникла в
эпоху, отстоящую от нашей примерно на
3*10**9 лет. Это время составляет всего 30% от времени жизни Солнца.
Цивилизация же возникла в Междуречье примерно 10**4 лет тому
назад, что составляет ничтожную долю (10**-6) от времени
существования Солнца. Поэтому если
бы Солнце существовало 10**9 лет
(на порядок меньше его
действительного времени жизни), то
мы бы не имели возможности обсуждать вопросы
мироздания.
Большая неустойчивость структуры
Метагалактики к численным значениям многих фундаментальных
постоянных и их флюктуативность в рядах подобных
им величин может быть интерпретирована на единственной
физической основе. Эта основа (если ее не связывать
с вмешательством провидения)
базируется на гипотезе существования
большого ансамбля метагалактик со
своими значениями фундаментальных постоянных,
в том числе и размерности
физического пространства N. Эти константы
формируются в момент возникновения
метагалактик`. Наблюдаемое значение
размерности - лишь проявление
случайных процессов, сопровождающих рождение метагалактик. Размерность
N и другие "истинные" характеристики
физического пространства проявляются либо
вблизи планковской области, либо при расстояниях,
превышающих размеры Метагалактики (10**28 см).
Физическое (наблюдаемое)
пространство формируется одновременно с другими
характеристиками Метагалактики при временах 0 < t| ~<
10**-43 с. Здесь нужно подчеркнуть одно важное, принципиальное
обстоятельство. Оставаясь лишь в рамках математических
представлений и закрывая глаза на многочисленные
связи между константами, их флюктуативность и проблемы объединения
теории поля, мы можем считать оба современных
описания физической реальности при
N=3 (стандартный формализм Лагранжа) и N>3 (многомерная теория
типа Калуцы) равноправными. Сейчас отсутствуют противоречия
между экспериментальными данными об элементарных частицах и их
описанием, основанным на привычном лагранжевом формализме в пространстве
Минковского (Римана) с размерностью
пространственных координат N=3. Однако возникло
слишком много вопросов, которые такая теория не способна объяснить,
чтобы их можно было игнорировать.
В настоящее время единственный
способ решить эти вопросы - допустить, что на малых (планковских)
расстояниях истинное физическое пространство имеет сложную
структуру. Кажется наиболее естественным, что эта структура
в первом приближении моделируется пространствами типа Калуца-Клейна.
Сейчас говорят о компактных сферических
пространствах с размерностью d=6 или 7, но представляется почти
очевидным, что подобное представление о
физическом пространстве отражает лишь уровень нашего
понимания законов природы. В действительности эти пространства
могут иметь существенно
более сложную структуру природу и более высокую размерность. Возможно,
что говорить о конкретной
размерности в планковской области бессмысленно. В этой области,
вероятно, все флюктуирует, изменяется во времени
и можно говорить лишь об очень грубо усредненных величинах. Нельзя,
например, исключить, что в планковской области
размерность имеет дробное значение. Чтобы понять это
утверждение, вообразим ситуацию, когда близорукий человек издалека
рассматривает сильно изрезанный холмистый берег. Ему этот берег покажется
одномерной линией. Однако по мере приближения к берегу (или при использовании
оптических приборов) будут становиться все более различимыми его
неровные контуры, очертания холмов. Рельеф (а следовательно,
и размерность) будет зависеть от ракурса и расстояния
до берега. Усредняя "измеренную" размерность по
всем ракурсам и расстояниям, можно получить
нецелое число.
Вопросы (проблемы), которые нужно решить для создания теории происхождения Метагалактики (Вселенной).
1. Создать последовательную квантовую теорию гравитации, что, вероятно, эквивалентно созданию единой теории поля.
2. Создать теорию физического вакуума, что, по-видимому, является частью единой теории поля.
3. Создать теорию происхождения фундаментальных постоянных. Вероятно, в первую очередь следует понять происхождение значений масс частиц.
4. Ясно понять природу физического пространства, и в первую очередь его размерности.
Мы далеки от законченной теории в планковской
области. Однако мы знаем вполне достаточно,
чтобы попытаться моделировать образование
метагалактик. При подобной процедуре
следует учесть
следующие факторы:
1. Существование деситтеровской и фридмановской фаз эволюции метагалактик.
2. Фазовый переход между обеими стадиями.
3. "Истинную" структуру физического пространства.
4. Принцип целесообразности и антропный принцип.
5. Флюктуативность фундаментальных констант в ряду себе подобных.
Сделаем два предположения.
1. В пространстве N измерений (N>=11) всегда
существует физический вакуум. Для простоты можно базовое пространство
представить как многомерное пространство
Минковского. Разумеется, такое допущение простейшее, но не обязательное.
2. Плотность энергии вакуума
как функция поля FI представляется кривыми на рис.7.
Из этих предположений и
сформулированных выше пяти постулатов можно нарисовать
следующую картину образования Метагалактики. В метастабильном вакууме
непрерывно возникают возмущения, нестабильности.
Вследствие наличия потенциального барьера эти возмущения
не успевают развиться.
По образному выражению Дж.Уилера и
С.Хокинга, вакуум пенится. Обычно возникают микровселенные
с планковскими размерами. Однако иногда происходит раздувание
области, в которой возникло возмущение, и
последующая перестройка вакуума.
В процессе развития анизотропных возмущений
в вакууме происходит компактификация размерности. Огромная
энергия вакуума расходуется на расширение метагалактик, образование
новых частиц большой энергии и нагрев Метагалактики.
Перестройка вакуума сопровождается
переходом от
деситтеровского расширения к фридмановскому режиму Такой
переход можно объяснить следующим образом.
На деситтеровской стадии плотность вакуума
RO| >> RO| -плотности вещества и
излучения. При фазовом переходе плотность
вакуума RO| резко уменьшается (RO| << RO|),
и возникают условия, необходимые
для осуществления фридмановской стадии.
Фундаментальные постоянные и физическое пространство формируются на этих самых первых мгновениях эволюции Вселенной и Метагалактики. Численные значения фундаментальных постоянных в Метагалактике соответствуют существованию в ней основных устойчивых связанных состояний.
Так на сегодня вырисовываются основные черты грандиозного акта - рождения Метагалактики.
Спин - число, характеризующее
собственное вращение элементарных частиц.
Количественная его характеристика - момент
количества движения. Спин может приобретать целое
(в единицах HP: 0, HP, 2HP,...) или полуцелое
(1/2 HP, 2/3 HP,...) значения. Наглядно,
но неточно можно представить спин как вращение
частицы в обычном пространстве Минковского.
Ошибочность такого
представления связана с точечностью некоторых элементарных
частиц, и в первую очередь электрона. Для точечной частицы
ее размеры r=0, следовательно, ее момент M = [rv] = 0.
В квантовомеханической интерпретации спин
- собственное вращение вектора состояния частицы в обычном пространстве.
Изотопический спин характеризует вырождение
элементарных частиц по массам. Изотопический
спин - характеристика семейств
сильно взаимодействующих частиц. В семейство частиц с
одинаковым изотопическим спином
входят одинаково сильно
взаимодействующие частицы, но с различными электрическими
зарядами и близкими массами.
|
