Вселенная любит тебя

2008-12-16 17:42:00

Пока что мы не можем объяснить не только природу темной материи, но и поразительно высокое ее содержание во Вселенной. Но если наша Вселенная – лишь одна из многих, то эта загадка вполне разрешаема. По крайней мере, на интуитивном уровне.

Чтобы объяснить ряд феноменов космоса – например, противоречие между массой звезд и галактик с теми гравитационными эффектами, которые при этом наблюдаются – в астрономию было введено понятие «темной материи». Эта гипотетическая субстанция, недоступная прямым исследованиям современными инструментами и проявляет себя лишь косвенно – например, в виде тех же гравитационных феноменов.

Согласно теоретическим расчетам, общая масса темной материи превышает массу материи обычной примерно в 5-6 раз. Эта разница весьма велика, но она могла бы быть и большей, ведь считается, что два «типа» материи сформировались вскоре после Большого Взрыва, в результате совершенно разных процессов. И вот тогда вы не читали бы эту статью: соотношение темной и обычной материи – один из тех фундаментальных моментов, которые сделали наше мироздание таким, какое оно есть, в том числе – подходящим для появления в нем жизни. Среди других таких компонентов можно назвать, скажем, массы протона и электрона, значения базовых физических констант и так далее. Если бы хотя бы один из этих параметров чуть-чуть отличался от имеющегося значения, Вселенная или не могла бы существовать, или превратилась бы в нечто совершенно отличное от того, что мы имеем.

Отчего же получилось именно так, а не иначе? Можно назвать это поразительным совпадением – именно так объясняется проблема в рамках знаменитого «антропного принципа». Вкратце его можно сформулировать так: «Если бы фундаментальные значения были иными, вопрос о том, почему они такие, а не другие, просто некому было бы задавать». Самое популярное объяснение антропного принципа состоит в использовании идеи о Мультивселенной: некоем бесконечном множестве Вселенных, существующих одновременно и параллельно, в каждой из которых имеется свое значение фундаментальных констант и других величин.

Разумеется, другие миры нам недоступны, и лишь наш оказался идеальным для появления жизни и нас с вами. Вопрос, таким образом, не в банальном везении – наша Вселенная обладает имеющимся набором значений просто потому, что ни в какой другой мы не появились бы. Если у вас появилось желание поглубже разобраться с антропным принципом, прочтите нашу статью «Человеколюбивое мироздание», а мы двинемся дальше.

Американский физик Бен Фрайфогель (Ben Freivogel) рассмотрел соотношение содержания темной и обычной материи во Вселенной с точки зрения этого самого антропного принципа. Поскольку сама природа темной материи пока что остается загадочной, Фрайфогель использовал одну из общепринятых гипотез, согласно которой темная материя состоит из особых, пока неоткрытых элементарных частиц - аксионов.

Однако одно свойство аксионов, по расчетам, тоже обладает поразительной точностью, и если б оно имело лишь немного другое значение, в ранней Вселенной появилось бы намного больше темной материи. В опытах по математическому моделированию этого процесса получается, что в большинстве случаев темной материи появляется намного больше, чем в действительности. Это приводит к тому, что во Вселенной не формируется стройная и устойчивая крупномасштабная структура скоплений галактик – и в итоге смоделированное мироздание выглядит совершенно иначе.

Теперь представим себе Мультивселенную, в разных вселенных которой значения этого параметра аксиона различны. Лишь в немногих из них они будут подходить для того, чтобы образовались стройные структуры крупного масштаба. Именно такой подход использовал Фрайфогель в своих теоретических выкладках, пытаясь установить наиболее подходящее соотношение темной материи к обычной для того, чтобы во Вселенной появились скопления галактик, галактики, а следовательно – и подходящие для обитания миры.

Расчеты Фрайфогеля показали, что из всего множества вселенных подавляющее большинство «наблюдателей» (а подразумевается, что наблюдатель может появиться лишь в такой вселенной, в которой успешно прошло образование крупномасштабной структуры) появляются именно в такой, как наша – то есть, содержащей примерно 23% темной материи и 4% материи обычной.

Иными словами, теория опять привела все к тому же антропному принципу: если бы значение параметра аксионов, который сказывается на количестве образуемой темной материи, было бы иным – мы не сидели бы здесь и не проводили бы мысленные (да и никакие другие) эксперименты.

Популярная Механика