Столь благоприятное для возникновения жизни во Вселенной соотношение концентраций гелия и водорода обусловлено «причудливой игрой» различных факторов. Это в первую очередь связано с временем жизни свободного нейтрона tn ≈ 1000 сек. Оно существенно превышает время наиболее эффективного нуклеосинтеза гелия (a частиц), наступившего приблизительно на 200 й секунде существования Вселенной, и поэтому распадом нейтрона можно практически пренебречь[32]. Однако ситуация кардинально изменилась бы, если бы параметры, определяющие время tn, имели несколько иные значения. Если бы значение одного из этих параметров константы слабого взаимодействия αω – было бы на порядок больше реальной величины, то оказалось бы, что tn ≈ 10 сек и практически ко времени осуществления нуклеосинтеза нейтронов не нашлось бы. Концентрация гелия во Вселенной в таком случае была бы равной нулю. Аналогичная ситуация возникла бы при увеличении разности масс нейтрона и протона Dmnp примерно вдвое.
Таким образом, не только существование одних из наиболее важных макроскопических структур природы – звезд, сжигающих водород, но и весь химический состав Вселенной обусловлен удивительной согласованностью численных значений фундаментальных констант из столь различных разделов физики!
7.3 «Запрограммированность» на успех звездного нуклеосинтеза
Вещество, из которого первоначально образовались галактики, состояло из водорода и гелия. Все же другие более тяжелые элементы, согласно современным представлениям, синтезируются в недрах звезд. Взрыв сверхновой разбрасывает обогащенное тяжелыми элементами вещество по галактике, которое служит сырьем для образующихся новых поколений звезд и планет. Таким образом, без взрывов сверхновых планеты земного типа просто не могли бы существовать. Поскольку и железо, образующее ядро нашей планеты, и углерод, являющийся основой всего живого, и другие элементы синтезировались задолго до появления Солнечной системы и послужили для нее готовым «строительным материалом».
Оказалось, что способность звезды взорваться очень чувствительна к величине константы слабого взаимодействия. Небольшое изменение последней как в бо́льшую, так и в меньшую сторону привело бы к невозможности появления сверхновых и, следовательно, в конечном счете и нашей планеты.
Но и сам процесс синтеза, например, такого важного для земной формы жизни элемента, как углерод, хитроумно «запрограммирован» на успех. Значение тепловой энергии ядер в недрах типичных звезд, участвующих в реакции образования углерода, лежит почти точно в максимально благоприятной области для эффективного его синтеза. Это связано с существованием так называемых ядерных резонансов.
Вероятность образования того или иного ядра чрезвычайно сильно – резонансным образом – зависит от того, насколько точно совпадают энергии взаимодействующих ядер.
Еще по одной счастливой для возникновения жизни во Вселенной «случайности» резонансная энергия ядер кислорода лежит гораздо ниже тепловой энергии ядер в звездах[33]. Последнее не дает возможности углероду полностью «сгореть» с образованием кислорода.
Расположение же ядерных резонансов определяется фундаментальными взаимодействиями, особенно – сильным ядерным и электромагнитным. Не будь силы этих взаимодействий так точно рассчитаны и соразмерены, то и жизнь, по крайней мере земного типа, была бы невозможна.
7.4 Сверхточная подстройка количества вещества во Вселенной
От физики микромира обратимся к макрообъектам – звездам. Масса таких стабильных звезд, как Солнце, попадает в узкий интервал значений между массами так называемых «голубых гигантов» и «красных карликов». Это обстоятельство связано с выполнением определенного соотношения между соответствующими постоянными гравитации и электромагнетизма для типичных, стабильных звезд. Даже ничтожное отклонение любой из этих постоянных на значение порядка 10-40 его величины привело бы к нарушению этого соотношения и, следовательно, к невозможности существования стабильных звезд[34]. Стабильные же звезды составляют подавляющую (более 99%) часть от общего их количества в Галактике[35].
34
Carter B. In confrontation of cosmological theories with observation. Ed. M.S.Longair, Dordrecht: Reidel, 1974.