"Прежде чем перейти к дальнейшему рассмотрению, нам следует оценить временные и пространственные масштабы Вселенной и как-то связать их с местом и ролью человека в общей картине мира. Я сделал попытку объединить масштабы некоторых известных объектов и процессов в единую диаграмму (рис. 1.4), где слева представлены характерные времена, а справа — характерные размеры. В нижнем левом углу рисунка указан минимальный масштаб времени, имеющий какой-то физический смысл. Этот интервал времени, равный 10
-43 с, называется планковским временем, или «хрононом», и он намного короче продолжительности всех известных нам процессов, включая очень краткие процессы физики элементарных частиц (например, время существования самых короткоживущих частиц-резонансов составляет около 10
-23 с). Выше по диаграмме в логарифмическом масштабе указана длительность некоторых известных процессов, вплоть до возраста Вселенной.
Справа на диаграмме приведены расстояния, соответствующие определенным временным масштабам. Времени Планка (хронону) соответствует фундаментальная единица, называемая планковской длиной. Две эти величины естественным образом возникают при любой попытке объединить физические теории, описывающие очень большие и очень малые объекты (речь идет об общей теории относительности Эйнштейна и квантовой механике). При любом сочетании вариантов этих теорий длина и время Планка выступают в качестве фундаментальных единиц измерения. Переход от левой шкалы диаграммы к правой осуществляется умножением на скорость света, что позволяет легко сопоставлять любой промежуток времени с расстоянием, проходимым световым сигналом за это время.
Размеры физических объектов на рисунке изменяются от 10
-15 м (характерный размер элементарных частиц) до 10
27 м (радиус наблюдаемой Вселенной, приблизительно соответствующий ее возрасту, умноженному на скорость света). Интересно оценить положение, которое на диаграмме занимаем мы, люди.
На шкале размеров мы находимся где-то в середине, будучи чрезвычайно крупными по отношению к длине Планка (и превышая на много порядков размеры элементарных частиц), но очень маленькими в масштабах всей Вселенной. С другой стороны, на временной шкале процессов длительность человеческой жизни выглядит совсем неплохо, и ее можно сопоставлять с возрастом Вселенной! Люди (и в особенности поэты) любят жаловаться на эфемерность человеческого существования, однако наше место на временной шкале вовсе не является жалким или ничтожным. Разумеется, нам следует помнить, что все сказанное относится к «логарифмической шкале», однако ее использование представляется совершенно оправданным при рассмотрении столь гигантских диапазонов значений. Говоря другими словами, число человеческих жизней, укладывающихся в возрасте Вселенной, намного меньше, чем число времен Планка (или даже времен жизни элементарных частиц), укладывающихся в продолжительность жизни человека. В сущности, мы являемся довольно стабильными структурами Вселенной. Что же касается пространственных масштабов, то мы действительно находимся где-то в середине шкалы, вследствие чего нам не дано воспринимать в непосредственных ощущениях ни очень большие, ни очень малые объекты окружающего нас физического мира."
Р. Пенроуз "Большое, малое и человеческий разум"
Старая спекуляция Игоря Иванова по мотивам темы:
Антропное происхождение численного значения массы протонаСлегка спекулятивный текст, который я написал несколько лет назад для сайта Русский Переплет.
Микроскопическая теория сильных взаимодействий - квантовая хромодинамика (КХД) - незамкнутая теория. В её формулировке (на уровне лагранжиана) все параметры безразмерны, в ней исходно нет никаких масс (для аккуратности массы легких кварков нужно положить равными нулю, ничего из последующего от этого не изменится). Тем не менее, она в результате описывает мир частиц с массами - протонов, нейтронов, пи-мезонов и т.д.
Все эти массы, по сути, возникают из-за явления размерной трансмутации - появления в теории как бы "извне" некоторого числа с размерностью массы, называемого Лямбда
КХД. Она-то и задаёт тот масштаб масс, который наблюдается у адронов, составленных из лёгких кварков: порядка 10
-28 - 10
-27 кг.
Можно спросить: а есть ли что-то глубокое в этом численном значении? Могла ли масса протона оказаться совсем-совсем другой?
Мне кажется, кое-что интересное в этом есть.
Начнем с того, что раз КХД незамкнута, то ничто внутри этой теории не может предсказать значение Лямбда
КХД. Оно должно появиться, когда КХД скрестят с другими теориями в рамках какого-нибудь великого взаимодействия. Но какая теория сможет правильно это сделать - пока неизвестно.
Но это нас не должно смущать. Главное, в (более широкой) теории какая-то масса протона все же существует.
Теперь думаем дальше, в духе антропного принципа. Чтобы "кто-то" имел возможность выражать массы адронов в "привычных для себя" единицах измерения, нужно, чтобы этот кто-то существовал. То есть, нужно, чтобы из адронов (и других частиц, если они есть) "организовался" наблюдатель.
Ясно, что "наблюдатель" - структура очень сложная. Из 10 протонов ничего такого не получится. Из миллиарда - тоже. Сколько именно нужно собрать протонов и других частиц, чтобы наблюдатель в той или иной форме получился - сказать трудно, на совсем грубо порядок оценить можно.
В нашем мире, как мы видим, масштаб в миллиарды атомов (плюс-минус пару порядков) - это то, где начинают образовываться на молекулярном уровне первые "живые" структуры. Масштаб в миллионы таких молекул - это клетки живых существ. Масштаб в миллиарды клеток - это уже высокоразвитые живые существа, то есть, мы с вами.
Мне кажется, что такая иерархия - вещь довольно-таки строгая. Можно придумать другие миры, со слегка другими законами физики, но общее свойство - надо собрать вместе очень большое число элементарных кирпичиков, чтобы получился "наблюдатель" - должно сохраниться.
То есть, характерный масштаб масс, привычный для "наблюдателей" (то есть, то, что мы подразумеваем под словом "макроскопический масштаб"), это порядка 10 в степени двадцать-с-лишним масс протона. Разумеется, точного числа я вам не скажу в связи с размытостью определения, но в том, что степень будет не 10 и не 1000, можно быть уверенным.
В нашем мире мы это число называем числом Авогадро. Разумеется, определение числа Авогадро иное, но идейная сущность та же - оно показывает, во сколько раз отделены друг от друга мир протона и макроскопический мир. И масса протона - выраженная в привычных нам макроскопических единицах массы - как раз и есть по порядку величины обратное число Авогадро. И его происхождение - необходимость создать такую сложную структуру как наблюдатель из элементарных кирпичиков.
Отсюда, кстати, следует, что число Авогадро - понимаемое в широком смысле - константа гораздо более фундаментальная, чем скорость света и постоянная Планка. Можно представить себе мир, в котором эти константы будут иметь другие значения, но если в таком мире будет существовать анблюдатель, то порядок числа Авогадро будет примерно тем же самым.
