2 сентября 2006 г.

Антропное происхождение численного значения массы протона

Слегка 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 ЛямбдаКХД. 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 ЛямбдаКХД. 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.

[Комментарии на Элементах]

2 комментария:

  1. Анонимный6/12/11 17:01

    Интересно! Это значит, что число Авогадро - порог сложности, по превышении которого возникают жизнь, сознание и т.д.?

    ОтветитьУдалить
  2. Почему "наблюдатель" должен быть сложным?Имхо,"наблюдатель" во-первых откладывает у себя знания в виде модели,а не складирует оригиналы,и по сему во-вторых не обязательно должен состоять из таких же "кирпичиков".Можно себе представить детектор,пусть с условно назовем радиусом перекрытия-допустим и в один фотон,или сверхтонкую трубочку-проводник в один электрон,промежуточный преобразователь,и в конце концов склад "моделей",который может оказаться просто счетчиком и при достижении какого-то определенного числа наблюдатель выразится каким-либо эффектом.,т.е. он может быть неким "механизмом",законом.И у каждого такого "наблюдателя" своя шкала времени -как буд-то пространство-это и есть "размазаное" или одновременно "искривленое" время (галактики живут млрд.лет,движутся с большими скоростями;элементарные частицы тоже движутся с больщими скоростями,но некоторые из них существуют всего лишь десять в минус.... степени секунд,но они проживают СВОЮ жизнь,и возможно за их тактовую частоту в десять в степени.... и проходит столько событий,сколько в галактике в масштабе её же самой-и у всех у них есть наблюдатели,как соразмерные,так и нет,но в любом случае каждый из них проецирует всё это на свою шкалу).Исключено ли,что время неодномерно?Ведь всем знакомо ---м/с2.Вот уже здесь время условно распадается на две величины,а если учесть,что у него есть направление,то и на координатную плоскость.где по обоим осям время.А может ли масса являться мерилом,если не скорости ,то ускорения воздействия?Или может ли существовать некий параболический закон масс,где наиболее удобная точка для "наблюдателя"-это ее вершина,точка перегиба?Боюсь,что все что я написал банально и не ново,но это тоже мое скромное мнение.)

    ОтветитьУдалить