Число ε: Точная настройка ε

Ядерные силы крайне важны, но как? Что изменилось бы, если бы ε был равен, скажем, 0,006 либо 0,008, а не 0,007? На первый взгляд, кто-то мог бы высказать предположение, что никакой отличия не было бы. В случае, если ε будет меньше, водород будет менее действенным горючим и срок жизни Солнца и других звезд станет меньше, но это само по себе не будет так крайне важным (в случае, если уж на то пошло, мы-то уже тут, а Солнце не прожило еще и половины своего срока). Но, как выяснилось, имеется и более узкие эффекты, чувствительные к этому числу и сказывающиеся на ходе синтеза, который превращает водород во все остальные элементы периодической системы.

Самое ответственное, первое звено в данной цепи – постройка гелия из водорода – очень чувствительно к силе ядерного сотрудничества. Ядра гелия складываются из двух протонов, вместе с тем в них входят и два нейтрона. Эти четыре частицы соединяются совместно не за один ход, ядра гелия поэтапно планируют через дейтерий (тяжелый водород), складывающийся из одного протона и одного нейтрона. В случае, если ядро будет «склеено» не сильный, т. е. ε будет ближе к 0,006, чем к 0,007, протон не будет связан с нейтроном и дейтерий не будет стабилен. На этом путь преобразования водорода в гелий закончится. У нас будет несложная вселенная, складывающаяся из водорода, атом которого складывается из одного протона и вращающегося около него единственного электрона, и никакой химии. В таковой вселенной звезды все еще смогут формироваться (в случае, если все другое останется неизменным), но ядерного горючего в них не будет. Они будут истощаться и остывать, заканчивая свое существование как мертвые остатки. Не будет никаких взрывов, дабы распространить вещество по космосу чтобы из него появились новые звезды, и не будет никаких элементов, из которых могли бы сформироваться жёсткие планеты.

На первый взгляд из этого объяснения возможно было бы высказать предположение, что более сильное ядерное сотрудничество стало бы преимуществом для жизни, сделав термоядерный синтез более действенным. Но мы не имели возможность существовать, если бы ε был больше 0,008, в силу того, что по окончании Большого взрыва не осталось бы никакого водорода. В нашей Вселенной два протона отталкивают друг друга так очень сильно, что кроме того сильное ядерное сотрудничество не имеет возможности связать их совместно без помощи одного либо двух нейтронов (каковые добавляются к ядерному «клею», но, потому, что не имеют заряда, не додают дополнительного электрического отталкивания). В случае, если ε будет равняться 0,008, тогда два протона возможно будет связать между собой напрямую. Это произойдёт конкретно в только что появившейся вселенной, исходя из этого не останется водорода, который мог бы стать горючим для простых звезд, и вода не сможет существовать.

 

Исходя из этого для любой вселенной с громадным комплектом веществ нужно, дабы число ε находилось в диапазоне от 0,006 до 0,008. Кое-какие отдельные детали еще более чувствительны к его значению. Английского физика Фреда Хойла идея о самом популярном примере «правильной настройки» осенила, в то время, когда он точно рассчитывал процесс синтеза углерода и кислорода в звездах. Углерод (с шестью протонами и шестью нейтронами в ядре атома) получается из сочетания трех ядер атомов гелия. Шанс на то, что все три соединятся в один момент, мал, и исходя из этого процесс идет через промежуточную стадию, на которой два ядра гелия соединяются в бериллий (четыре протона и четыре нейтрона), перед тем как соединиться с еще одним атомом гелия, дабы получился углерод. Хойл столкнулся с проблемой нестабильности этого атома бериллия: он распадается так быстро, что, думается, у третьего атома гелия мало шансов прилепиться к нему до распада. Так как же углерод по большому счету мог появиться? Стало известно, что у ядер углерода имеется характерная черта – присутствие резонанса с особенным видом энергии, которая увеличивает шанс на то, что бериллий захватит еще одно ядро гелия в маленький промежуток до своего распада. Хойл практически предсказал существование этого резонанса и призвал сотрудников-экспериментаторов его измерить. Его предсказание было доказано. Данный процесс, казавшийся физикам-ядерщикам случайным, разрешает образовываться углероду, но аналогичного явления не появляется на следующей стадии, в то время, когда углерод захватывает еще один атом гелия и преобразовывается в кислород. Данный крайне важный резонанс весьма чувствителен к ядерной силе. Сдвиг ее кроме того на 4 % очень сильно уменьшил бы количество углерода, которое могло бы появиться. Так, Хойл доказал, что наше существование могло быть поставлено под угрозу трансформацией числа ε всего на пара процентов.

Независимо от того, как создаются элементы, трансформации в значении числа ε отразились бы на длине периодической таблицы. Более не сильный ядерная сила переместила бы наиболее прочно связанные атомы (которым на данный момент есть железо, № 26) ниже в периодической таблице и понизило бы количество стабильных элементов до отметки куда меньшего, чем 92. Это привело бы к «обедневшей» химии. Напротив, повышение значения числа ε могло бы повысить стабильность тяжелых атомов.

На первый взгляд, более долгий перечень разных распространенных атомов открывает путь к более увлекательной и разнообразной химии. Но это вовсе не само собой очевидно – к примеру, английский язык не стал бы существенно богаче, если бы в алфавите было больше букв. Аналогично и сложные молекулы смогут существовать в нескончаемом разнообразии, не смотря на то, что и складываются из относительно маленького комплекта общих элементов. Химия была бы неинтереснее (а сложные молекулы, нужные для жизни, в ней вовсе бы не существовали), если бы в изобилии не было кислорода и железа (№ 8 и № 26 соответственно), а особенно – углерода (№ 6). Наряду с этим мало что изменится от повышения количества довольно часто видящихся элементов либо от наличия нескольких дополнительных стабильных элементов, кроме привычных нам 92.

Существующее сейчас сочетание элементов зависит от значения числа ε, но куда более значимо то, что никакая основанная на углероде биосфера не существует, если оно будет равняется 0,006 либо 0,008, а не 0,007.