Тонкая настройка вселенной часть 2

Часть 2.     Тонкая настройка фундаментальных законов (сил) Вселенной.

Погружаясь с тем или иным душевным настроем в мир фундаментальных законов Вселенной, следует принять во внимание, быть может то единственное, что история открытия практически всех физических законов «тонкой настройки» невероятно сложна, растянута во времени и порой имеет случайный или вероятностный характер.
При этом ученый мир, светлые умы, гении и при этом невероятные трудяги, которые вошли в историю всех стран и народов навсегда, отлично понимали, что всемирными звездами науки они награждены единственно волей Творца, а не научным официозом.
При этом, казалось бы, зачем нам, простым и повернувшимся к науке спиной людям, нужны такие знания?
И ответ на самом деле простой.
Нужны для того, чтобы в полном объеме понимать разницу между двумя понятиями: «по-щучьему велению» и «тонкая настройка Вселенной». Мы все, как один, есть прямой результат «тонкой настройки».
Мы – ее эволюционный успех!
На сегодняшний день в живом окружающем нас мире существует пять фундаментальных законов или пять сил, наличие которых во Вселенной служит надежной гарантией существования жизненно важных материальных систем, воплощенных в реальный мир невидимым Настройщиком. Причем, каждая из этих систем поддерживает высокий уровень самовоспроизведения, сравнимое со сложностью человеческого мозга.
К этим системам относятся:
- гравитация
- сильное ядерное взаимодействие, которое связывает вместе протоны и нейтроны в ядрах атомов.
- электромагнитное взаимодействие
- правило квантования Бора
- принцип исключения Паули

***

Гравитация — это универсальное фундаментальное взаимодействие между телами, которые обладают собственной массой. Закон, который описывает гравитационное взаимодействие в рамках классической механики, называется Законом всемирного тяготения Ньютона. Он был открыт Исааком Ньютоном в 1666 году. В чем заключается суть этого закона, к чему она сводится? Естественно, к силе взаимного гравитационного притяжения между телами. Величина этой силы зависит от массы объектов и расстояния между ними. При этом надо иметь в виду, что чем больше масса объекта, тем сильнее притяжение и наоборот, чем больше расстояние, тем слабее взаимодействие.
А теперь представим, что было бы если бы силы гравитационного притяжения между материальными объектами в природе не существовало, а все остальные фундаментальные законы имели бы место быть?
И ответ может быть только один.
В данном случае, с большой долей вероятности, никаких звезд в открытом Космосе просто бы не существовало. Почему? Потому что звезды – это массивные газовые шары, которые излучают свет и тепло за счет термоядерных реакций, происходящих в их ядрах. А энергия, которая выделяется в ядре и оболочке, выносится на поверхность в виде излучения. Все это не трудно себе представить, посмотрев на ближайшую к нам звезду – Солнце, которое не редко напрягает нас - землян своими яркими вспышками, выбросом горячей плазмы и магнитными бурями.
Однако при этом ничего страшного с нами не происходит! И все потому, что солнечная гравитация — это сила, которая удерживает продукты ядерных реакций внутри звезд. Более того, следует иметь в виду, что солнечная гравитация в 28 раз сильнее земной, а солнечная масса больше земной в 333000 раза. А это значит, что гравитация Солнца настолько сильна, что способна удерживать в Космосе много больше объектов и крупнее, чем мы можем себе представить.
А теперь самое время вернуться к предположению об отсутствии гравитации, и к тому, что бы без нее было? Пожалуй, при такой мощности, которой обладает Солнце – единственная звезда в нашей галактике с названием Млечный путь, никаких иных источников энергии для развития и тем более эволюции высоко организованной жизни или даже жизни простейших существ не существовало бы. Не приходится сомневаться и в том, что никаких планет и звезд тоже быть не могло, потому что не было бы тех сил притяжения, которые могли бы удерживать частицы вместе.
Поэтому в тонкой настройке фундаментальных законов (сил) Вселенной гравитация стоит на первом месте.

***

Сильное ядерное взаимодействие – это сила, которая удерживает или связывает нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре атома. Без нее эти две квантовые частицы не способны ужиться вместе в ядре атома. Кто забыл, протон – это положительно заряженная частица, электрон – отрицательно заряженная частица, нейтрон – частица, которая не имеет заряда. А все вместе – эти три элементарные частицы - протон, электрон и нейтрон образуют ядро атома. Сам атом – это частица вещества микроскопических размеров и массы.
Открыл сильное ядерное взаимодействие японский физик-теоретик Хидэки Юкава (1907-1981) в 1935 году. Он был первым кто выдвинул гипотезу о существовании нового типа элементарных частиц с массой промежуточной между массой протона и электрона. К концу
1940 годов эта гипотеза была подтверждена. Новые частицы получили название мезонов, а Юкава стал лауреатом Нобелевской премии по физике.
Но в чем состояла суть этого открытия о ядерных силах, которое в значительной степени повлияло на развитие физики и было названо «мезонной теорией» Юкавы. В том что японский физик первым предположил, что протоны и нейтроны в ядре не связаны между собой естественной силой, а взаимодействуют друг с другом через обмен мезонами.
Юкава даже вычислил приблизительную массу мезонов, которая оказалась в 200 раз больше массы электрона. При такой массе тяжелые мезоны были просто не в состоянии иметь большой радиус действия, а обходились относительно коротким, что соответствовало наблюдаемому характеру ядерных сил. Однако первоначально термин «мезон» означал выражение «средний по массе». И когда в 1936 году был открыт мюон, он из-за подходящей массы попал в разряд мезонов, то есть был отнесен к мезонам Юкавы. Но это было слишком поспешное решение, потому что в 1940 году было установлено, что мюон не подвержен сильному ядерному взаимодействию и поэтому был отнесен к той же группе, что и электрон. Так что первым настоящим мезоном оказался открытый в 1947 году пион, который действительно проявил себя настоящим переносчиком сильного ядерного взаимодействия.
В 1950 годы было открыто огромное число новых элементарных частиц, большинство из которых обладали очень малым временем жизни. Все эти частицы были сильно взаимодействующими. Теоретическое описание сильных взаимодействий – одна из наиболее разработанных и вместе с тем бурно развивающихся областей теоретической физики элементарных частиц.
Несмотря на то, что фундаментальная природа сильных взаимодействий ученым миром понята, математические законы, выражающие ее, очень сложны, и потому во многих конкретных случаях вычисления оказываются невозможными. В итоге получается следующее – рядом с математически строгими вычислениями соседствуют представления, основанные на квантово-механической интуиции, которые тем не менее прекрасно описывают экспериментальные данные.
И последнее, из всего выше сказанного следует явное понимание того, почему сильное взаимодействие названо ядерным и занимает второе место в тонкой настройке фундаментальных законов (сил) Вселенной.

***

Электромагнитное взаимодействие – это одно из четырех фундаментальных взаимодействий, которое существует между частицами, обладающими электрическим зарядом. В современном мире электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляются не прямо, а только посредством электромагнитного поля. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитные взаимодействия переносятся фотонами. Сам фотон электрическим зарядом не обладает, но может взаимодействовать с другими фотонами. Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют и частицы, имеющие электрический заряд. Это кварки, электроны, мюоны и частицы из ряда фермионов. Остальные фундаментальные частицы электрически нейтральны.
Что касается автора электромагнитного взаимодействия, которое устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями, то определенного конкретного изобретателя у него не было. Но прямое и непосредственное участие в этом открытии принимали;
Ханс Христиан Эрстед (1777-1851г.) – датский ученый, физик, исследователь явлений электромагнетизма, иностранный член Лондонского королевского общества, Парижской академии наук, иностранный почетный член Петербургской академии наук. Главное открытие Эрстеда – это установленная экспериментально связь между электрическими и магнитными явлениями.
Андре-Мари Ампер (1775-1836 г.) – французский физик, математик и естествоиспытатель. Создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений, ввел в физику ранее не существовавшее понятие электрического тока и выдвинул предположение о том, что магнетизм вызывается электрическим током на «молекулярном уровне». Внес существенный вклад в механику, теорию вероятности и математического анализа. Являлся членом Парижской академии наук, иностранный член Лондонского королевского общества и почетный член Петербургской академии наук.
Майкл Фарадей (1791-1867 г.) – английский физик-экспериментатор и химик. Открыл электромагнитную индукцию, лежащую в основе современного промышленного производства. Создал первую модель электродвигателя, первый трансформатор. Открыл законы электролиза, действия магнитного тока на свет, Первым предсказал электромагнитные волны, ввел в научный обиход термины – ион, катод, анод, электролит, диэлектрик, диамагнетизм, парамагнетизм и другие. Фарадей является основоположником учения об электромагнитном поле. Основной идейный вклад Фарадея в физику электромагнитных явлений заключается во ведении понятия физического поля – непрерывной области пространства, сплошь заполненной силовыми линиями и взаимодействующей с веществом. Являлся членом Лондонского королевского общества и почетным членом Петербургской академии наук.
Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879 г.) – британский физик, математик и механик, член Лондонского королевского общества. Максвелл заложил основы современной классической электродинамики (известная система четырех уравнений Максвелла), ввел в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, предсказал электромагнитные волны, электромагнитную природу света, давление света и другие открытия.
Итак, электрическое взаимодействие отличается от сильного ядерного взаимодействия своим дальнодействующим характером. Однако электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного. Единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большей силой в космическом масштабе – это электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной равное количество положительных и отрицательных зарядов. В классической теории, то есть не в квантовых системах, электромагнитное взаимодействие описывается классической электродинамикой.
Правило квантования Бора - Нильс Хенрик Давид Бор (1885-1962) – датский физик-теоретик, общественный деятель, один из создателей квантовой механики, Лауреат Нобелевской премии по физике, участник Манхэттенского проекта по разработке атомной бомбы. Известен как создатель первой квантовой теории атома, внес значительный вклад в развитие атомного ядра и ядерных реакций. Член Датского королевского общества, член Академии наук СССР. Основал институт теоретической физики в Копенгагене, сегодня известный как Институт Нильса Бора. Открыт с 1920 года. Убежденный пацифист, защитник прав человека и демократии. Считал нужным противостоять нацизму любым способом.
В начале ХХ века, а конкретно в 1913 году предложил новую или первую неклассическую фундаментальную теорию строения атома. Так третий постулат Бора или Правило квантования Бора – это принцип, лежащий в основе новой квантовой механики и модели атома Бора, объясняющий структуру атома водорода. Помимо этого, правило квантования Бора утверждает, что некоторые физические величины, например энергия, момент импульса могут принимать только определенные значения, а не любые возможные, как это ранее предполагалось в классической механике.
По своей сути третий постулат Бора — это новая модель атома, из которой следует первое - электрон может находиться только на стационарных орбитах, где он не излучает энергии, второе - момент импульса электрона в атоме может быть только целым – кратным постоянной Планка и третье, исходя из принципа исключения Планка, – невозможно, чтобы два электрона многоэлектронного атома имели одинаковые значения квантовых чисел.
Принцип исключения Паули - Вольфганг Эрнст Паули (1900-1958) – австро-швейцарский физик-теоретик, работающий в области физики элементарных частиц и квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии. Звездный час Паули наступил в 1925 году, когда он открыл новое квантовое число, названное спином, и сформулировал фундаментальный Принцип исключения Паули.