Страница 75 из 131
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.
Внешне такая точка зрения кажется чем-то, резко противоречащим всей линии развития общенаучных взглядов - от Кузанца и Коперника до наших дней. Действительно, практически все крупнейшие шаги в астрономии связаны с ликвидацией "центризмов". Ничем не выделены в смысле своего положения Земля, Солнце, Галактика, у человека нет космографических преимуществ в исследовании самых крупных космических масштабов. Как вы помните, обсуждался даже Абсолютный Космологический Принцип, запрещающий наблюдателю иметь не только пространственные, но и временные преимущества. Его рассматривали в качестве предельно полной децентрализации Вселенной в духе идей Кузанца...
Предельное равноправие различных планет, звезд и галактик в роли возможных наблюдательных площадок весьма успешно послужило развитию научного мировоззрения. Но абсолютизация даже такой хорошей вещи, как равноправие, легко приводит к абсурду - обычно с того момента, когда начинают игнорироваться существенные отличительные черты. Особенно это сказывается в анализе эволюционизирующих систем.
Посмотрим на дело вот с какой стороны. Картина Вселенной создается не каким-то внешним по отношению к ней существом, издали созерцающим абсолютную истину. Люди и социальные организмы - тоже подсистемы Вселенной со своими сложными особенностями восприятия. Биологические и социальные организмы видят окружающий мир в меру сложности своей организации. Но одновременно они меняют свою сложность в процессе эволюции. Поэтому не так уж удивительно требование, чтобы общая эволюционная модель - от космологии до социогенеза - обладала такими параметрами, которые допускают существование создателей этой модели.
Еще в первой четверти 20 века физики полагали, что прибор не играет принципиальной роли в познании свойств того или иного объекта. Считалось едва ли не само собой разумеющимся, что точность определения, скажем, координат и скоростей частиц может безгранично нарастать - хватало бы технической смекалки. Квантовая механика преподала превосходный урок на тему этой "безграничности". Оказалось, что поскольку при наблюдении любой объект должен подвергаться внешнему воздействию (на него должен попасть хоть один фотон, иначе как наблюдать?), нет - принципиально нет! возможности одновременно измерять точные значения координаты и импульса и некоторых других пар сопряженных характеристик.