6.4.2. Фундаментальные взаимодействия и их роль в природе

Считают, что все четыре вида взаимодействия и их константы обусловливают нынешнее строение и существование Вселенной. Так, гравитационное — удерживает планеты на их орбитах и тела на Земле. Электромагнитное — удерживает электроны в атомах и соединяет их в молекулы, из которых состоим и мы сами. Слабое — обеспечивает длительное «горение» звезд и Солнца, дающего энергию для протекания всех процессов жизни на Зем­ле. Сильное взаимодействие обеспечивает возможность стабиль­ного существования большинства ядер атомов. Теоретическая физика показывает, что изменение числовых значений этих или других констант приводит к разрушению устойчивости одного или нескольких структурных элементов Вселенной. Так, напри­мер, увеличение массы электрона т₀ от ~0,5 МэВ до 0,9 МэВ нарушит энергетический баланс в реакции образования дейтерия в солнечном цикле и приведет к дестабилизации стабильных атомов и изотопов. Дейтерий — атом водорода, состоящий из протона и нейтрона. Это «тяжелый» водород с А = 2 (тритий имеет А = 3.) Уменьшение a_s всего на 40% привело бы к тому, что дейтерий был бы не стабилен. Увеличение же сделает ста­бильным бипротон, что приведет к выгоранию водорода на ран­них стадиях эволюции Вселенной. Константа а_е изменяется в пределах 1/170 < а_е < 1/80. Другие значения приводят к невоз­можности должного отталкивания протонов в ядрах, а это ведет к нестабильности атомов. Увеличение a_w привело бы к уменьше­нию времени жизни свободных нейтронов. Это означает, что на ранней стадии Вселенной гелий не образовался бы и не было бы реакции слияния а частиц при синтезе углерода За —» ¹²С. Тогда вместо нашей углеродной была бы водородная Вселенная. Уменьшение a_w привело бы к тому, что все протоны оказались бы связаны в а частицы (гелиевая Вселенная).

В современном естествознании предполагается, что мировые константы стабильны начиная со времени Ю^-35 с с момента рождения Вселенной и что, таким образом, в нашей Вселенной как бы существует очень точная «подгонка» числовых значений мировых констант, обусловливающих необходимые значения для существования ядер, атомов, звезд и галактик. Возникнове­ние и существование такой ситуации не ясно. Такая «подгонка» (константы именно такие, какие они есть!) создает условия для существования не только сложных неорганических, органиче­ских, но и живых организмов, в том числе и человека [170]. П. Дирак высказал идею о совместном изменении во времени фундаментальных констант. В целом можно считать, что много­образие и единство физического мира, его порядок и гармония, предсказуемость и повторяемость формируются и управляются системой небольшого числа фундаментальных констант.

6.4.3. Из чего же состоит вещество Вселенной?

Так из чего же все-таки состоит вещество Вселенной? Как ни странно, теоретическая физика, с точки зрения рассмотренной нами теории элементарных частиц с ее строгим математическим аппаратом и достаточно адекватными моделями, отвечает, что тем не менее до 90% вещества Вселенной находится в неизвест­ном нам состоянии. Установлено, что протоны и нейтроны об­разуют либо ядра различных атомов, либо громадные скопления нейтронных звезд. Поэтому в рамках «стандартной модели» кварков формы стабильной материи рассматриваются в виде двух групп: ядра атомов, имеющие массу не более 300 атомных единиц, и нейтронные звезды, также имеющие структуру ядра (т.е. состоит из нейтронов и протонов), но с массой, в 10⁵⁴ раз большей. Эти группы разделены огромным пробелом, состоя­щим предположительно из так называемой «странной» материи, в котором, может быть, находится до 90% всей массы Вселенной (рис. 6.3).

Возможность существования такой странной материи в кварковой модели строения вещества отчасти подтверждается выводом из наблюдения дальних галактик о том, что многие космологические объекты нельзя наблюдать обычными астрофи­зическими методами. Это связано, в частности, с тем, что грави­тационные поля видимых звезд или скоплений звездной пыли, вероятно, не достаточны для создания условий их движения по наблюдаемым нами траекториям. Имеется как бы «скрытая» от наблюдателя масса. Э. Уитмен в 1984 г. высказал предположе­ние, что эта «скрытая» масса состоит из материи, содержащей упомянутый уже S-кварк (странный кварк). Предполагают, что эта материя из странных кварков возникла в течение первой миллионной доли секунды после БВ, причем диаметр таких об­разований составлял от Ю^-7 до 10 см, масса — от 10⁹ до 10¹⁸ г, а

		Нейтронные звезды	Черные
	Странная материя ???	-	дыры
Ядра атомов

Атомный номер

2-10⁵⁶

3- КГ

274 3 - 10⁵⁶ 1,5- 10⁵⁷ масс

Рис. 6.3. Возможные формы стабильной материи во Вселенной.

число кварков — от 10³³ до 10⁴². Из-за малых размеров и огром­ной плотности вещества (для примера: теннисный мяч из такой материи весил бы 10¹² тонн) это вещество не проявляет себя в видимом диапазоне световых волн.

Предполагается, что главное отличие странной материи от обычной состоит в разных значениях отношения заряда к массе (q/rti). Для обычной материи это отношение лежит в пределах от 1/3 (дейтерий, тритий) до 1 (один протон у обычного водорода), у большинства изотопов других атомов ~ 1 /2 из-за того, что чис­ло протонов примерно равно числу нейтронов. Для странной материи это отношение q/m лежит в пределах от 1/10 до 1/20.