Реферат по Астрономии Проблема тонкой настройки вселенной. САМЫЙ ЛУЧШИЙ РЕФЕРАТ. Реферат по дисциплине Астрономия
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение МБОУ СОШ №8 Реферат по дисциплине «Астрономия» Тема: «Проблема тонкой настройки вселенной» Выполнил: Ученик 10 Б класса Бурлаков Денис Проверяющий: учитель Сакулин Александр Евгеньевич. Муром 2022 Содержание Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение 1 Введение 3 1. Проблема тонкой настройки 4 2. Взаимодействия и частицы 4 3. Постоянные 6 4. Возможные решения 7 Заключение 8 Источники: 9 Введение Термин «тонкая настройка» используется для характеристики чувствительных зависимостей фактов или свойств от значений определенных параметров. Технологические устройства — парадигмальные примеры тонкой настройки. Функционируют ли они должным образом, в значительной степени зависит от параметров, описывающих форму, расположение и свойства материалов составляющих их элементов, например, проводимость, эластичность и коэффициент теплового расширения составных частей. Технологические устройства являются продуктом реальных «настройщиков» — проектировавших и строивших их инженеров и производителей, — но для доводки в широком смысле данной статьи получить достаточно чувствительности по отношению к значениям тех или иных параметров. Философские дебаты, в которых фигурирует «тонкая настройка», часто касаются тонкой настройки Вселенной для жизни: по мнению многих физиков, тот факт, что Вселенная способна поддерживать жизнь, деликатно зависит от различных ее фундаментальных характеристик, особенно от формы законов природы, от значений некоторых констант природы и от аспектов Вселенной. 1.Проблема тонкой настройки Мы говорим о проблеме тонкой настройки вселенной. Ученные часто говорят о планетах и спутниках, потенциально пригодных для жизни и о том, сколько факторов совпало, чтобы на земле могла появиться жизнь, и не просто зародиться, а просуществовать достаточно долгое время для появления нашей цивилизации. Такие факторы, как тип нашей звезды, расстояние от земли до солнца, свойства планеты и атмосферы, наличие крупной луны, структура самой солнечной системы и так далее. То или иное расположение системы в галактике тоже может быть более или менее благоприятным для жизни, но что если мы перейдем на самый фундаментальный уровень, к свойствам самой вселенной? Современная физика описывает нашу вселенную рядом параметров. Эти параметры имеют определенные значения. Так вот, существует мнение, что если некоторые или даже только один из этих параметров имел бы немного другое значение, то вселенная могла бы быть совсем другой. Это была бы вселенная, в которой невозможно было бы появление жизни, да и вообще формирование объектов, планет, звезд, какой-либо структуры. Но мы есть, есть структура и мы способны об этом всем рассуждать, значит эти параметры имеют именно такие значения, чтобы все это было возможно. При этом кажется, что тот факт, что ни один из этих важных параметров не отклонился достаточно это очень и очень маловероятное событие, настолько, маловероятно что некоторых это даже заставляет говорить о том, что кто-то специально сделал эти параметры вселенной такими. Давайте поговорим подробнее о проблеме тонкой настройки вселенной, что это за параметры какой именно была бы вселенная, если бы некоторые из них имели другие значения, ну и конечно о попытках решить эту проблему 2.Взаимодействия и частицы Так что это за параметры и сколько их? Если вы уже что-то слышали о проблеме тонкой настройки вселенной, то скорее всего скажете, что эти параметры-фундаментальные физические постоянные. Например, в книге астрофизика Мартина Риса “только шесть чисел” акцент делается, как можно догадаться из названия на 6 константах, среди которых космологической постоянной, или, например, количество пространственных измерений. Основных параметров только в стандартной модели вселенной можно насчитать больше 20. Но также много статей с большим их количеством. В них учтены и скорость света в вакууме, и гравитационная постоянная, и масса некоторых частиц, о конкретных из них мы сейчас поговорим подробнее, но здесь не будет детальной, всеобъемлющей классификации, и говорить об размерных или безразмерных постоянных, измеренных или полученных теоретически, это скорее тема для отдельного реферата. Приведу конкретные примеры параметров и того, как их изменения сказались бы на вселенной ну и конечно те эффекты, о которых я дальше буду говорить, это расчеты и оценки, ученых описанные в различных научных исследованиях. Логично начать с четырех фундаментальных взаимодействий. Как часто говорят вселенной управляют 4 фундаментальные силы или взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное, или сильное ядерное взаимодействие, благодаря которому могут существовать ядра атомов, ведь она удерживает вместе как протоны и нейтроны в ядрах атомов, так и кварки из которых состоят протоны и нейтроны и слабое взаимодействие, ответственно и в том числе за некоторые виды распада элементарных частиц. Получается, в нашей вселенной мы точно знаем о 4х взаимодействиях. Но могла бы существовать вселенная без какого-то из них?  Без каждого из первых трех: гравитации, электромагнетизма и сильного взаимодействия вселенная точно была бы совсем иной, не было бы химии не могли бы образовываться астрономические тела и структуры, в общем вряд ли в ней бы могла появиться жизнь. Но вот со слабым взаимодействием все уже не так очевидно. Есть исследование в которых этот вопрос изучается и там делается вывод что в такой вселенной на ранних этапах нейтроны бы не распадались, зато благодаря ним образовывался бы дейтерий, в принципе далее могли бы появиться звезды и такие звезды могли бы даже производить такой необходимый для известной нам жизни элемент как углерод, то есть вселенная без одного из четырех фундаментальных взаимодействий, а именно без слабого была бы другой, но потенциально пригодной для жизни, но так же есть исследования, которые говорят о том что будь слабое взаимодействие просто раз в десять слабее долго живущие звезды подобные солнцу не смогли бы существовать так что тут не всё так очевидно, но что очевидно, что без любого из оставшихся трех взаимодействий вселенная была бы быть совсем иной. 3.Постоянные Среди фундаментальных постоянных кажущихся как бы настроенными, есть так называемая “постоянная тонкой структуры”, она описывает силу электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами. В формуле, по которой она рассчитывается, фигурирует сразу несколько других фундаментальных констант. Это и скорость света в вакууме, и постоянная планка, и элементарный электрический заряд и электрическая постоянная, значение этой постоянной примерно 1 к 137 или 7 тысячных, и это безразмерная постоянная, то есть она не имеет единиц измерения вроде метров или килограмм. Если числовое значение массы протона и электрона будет разным зависимости от того, какие единицы измерения мы выбираем то вот соотношение их масс всегда будет 1 к 1836 так и тут значением 1 к 137 известно с очень высокой точностью, но, как и в случае с многими другими постоянными, совершенно неизвестно почему она принимает именно такое значение нет даже никаких идей. Еще одна из важнейших постоянных-космологическая постоянная. С этой константой связана еще одна из главных проблем современной физики. Интересно, что значение этой постоянной, которую предсказывают современные теории больше тех значений, которые получают при наблюдениях. Этих примеров вполне достаточно, чтобы показать кажущуюся остроту проблемы. Ведь изменив лишь один параметр, иногда, совсем незначительно, такая вселенная уже будто бы становится непригодной для жизни или даже не может образовать сложную структуру. Чтобы целая куча параметров так вот выстроилась все они приняли именно то значение чтобы в итоге во вселенной появилась жизнь? Кажется, совершенно невероятным, но это не останавливают ученых и не только ученых от попыток объяснить проблему тонкой настройки вселенной. 4.Возможные решения Если задавать вопрос действительно ли наша вселенная тонко настроена для жизни, то тут уже начинаются проблемы, потому что нет абсолютного и всеми принимаемого одного-единственного определения тому, что такое жизнь, любая жизнь или только разумная? Простая или сложная? В рамках нашей вселенной может показаться, что более вероятна именно водно-углеродная жизнь подобная нашей. Но может во вселенной с другими параметрами могла бы возникнуть жизней с другой биохимией? Так же мы можем просто недооценивать возможность существования жизни в условия фактически других законов физики, правда на оба аргумента можно ответить, что во многих примерах изменения параметров, которые я приводил в реферате вселенная вообще не создает какой-либо сложной структуры там не может быть не то, что жизни, а даже объектов. Заключение Возможно, все-таки и нет вообще никакой тонкой настройки и это лишь артефакт в данных, который возникает из-за ограниченности наших знаний. В одной из статей которую я использовал в качестве источника приводят такое сравнение: когда в древности люди придерживались геоцентрической модели, то есть думали, что земля в центре, а солнце и планеты обращаются вокруг нее они умудрялись придумывать модели, которые более или менее успешно описывали движения планет по небу, правда для этого приходилось изощряться и выдумывать эпициклы и все, по их мнению, выглядело логичным и правильным. Тем не менее, это как-то работало, хотя теперь мы прекрасно знаем, что их модели были в корне неверны. Может и сейчас происходит что-то подобное, возможно проблему тонкой настройки вселенной и поможет решить новая физика суперсимметрии или теория струн, но даже если мы не видим всей картины даже если проблема тонкой настройки не настолько остра как нам кажется, все же немало должно было всего совпасть, чтобы появилась галактика такая как наша, звезда такая как солнце, планета, как земля и мы сами. Источники: Тонкая настройка: история, примеры, решения. https://plato.stanford.edu/entries/fine-tuning/ https://arxiv.org/pdf/2110.07783.pdf https://arxiv.org/pdf/2012.05617.pdf https://www.templeton.org/wp-content/uploads/2022/01/Fine-tuning-research-1.pdf 6 констант https://web.archive.org/web/20140722210250/http://discovermagazine.com/2000/nov/cover/ Список фундаментальных постоянных https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Category?view=pdf&Frequently+used+constants.x=64&Frequently+used+constants.y=22. Массы частиц и отношения https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Category?view=pdf&Atomic+and+nuclear.x=71&Atomic+and+nuclear.y=8 Вселенная без слабого взаимодействия https://arxiv.org/pdf/1801.06081.pdf |