Значение числа n и почему оно так велико

Не обращая внимания на всю свою важность для нас, нашей биосферы и космоса, тяготение в действительности есть удивительно не сильный по сравнению с другими силами, каковые действуют на атомы. Электрические заряды с противоположными символами притягиваются друг к другу: атом водорода складывается из положительно заряженного протона с единственным (отрицательно заряженным) электроном, пойманным на орбите около протона. В соответствии с законам Ньютона, два протона будут притягивать друг друга под действием силы притяжения (гравитации), и подвергаться действию электрической силы отталкивания. Обе эти силы одинаково зависят от расстояния (обе подчиняются закону «обратных квадратов»), и исходя из этого их относительная сила зависит от крайне важного числа N, на которое не воздействует, как на большом растоянии находятся протоны друг от друга. В то время, когда два атома водорода соединяются совместно в молекулу, электрическая сила отталкивания между двумя протонами нейтрализуется двумя электронами. Гравитационное притяжение между протонами в 1036 раз не сильный электрических сил и фактически неизмеримо. Химики нормально смогут не обращать на него никакого внимания, в то время, когда изучают, как группы атомов соединяются для формирования молекул.

Тогда по какой причине гравитация есть главной силой, прижимающей нас к земле и удерживающей Луну и планеты на их орбитах? Это происходит по причине того, что сила притяжения – это в любой момент притяжение: если вы удвоите массу, вы удвоите силу притяжения, которая наряду с этим появляется, тогда как электрические заряды смогут как отталкивать друг друга, так и притягивать, они смогут быть и положительными, и отрицательными. Два заряда удваивают силу одного из них, лишь в случае, если у них однообразный символ. Но любой предмет в нашей повседневной жизни складывается из огромного количества атомов, у каждого из которых имеется положительно заряженное ядро, окруженное отрицательно заряженными электронами, – положительные и отрицательные заряды полностью нейтрализуются. Кроме того в то время, когда мы «заряжаемся» так, что у нас приподнимаются кончики волос, из равновесия выходит меньше чем один заряд из миллиарда миллиардов. Но по отношению к «гравитационному заряду» все на свете имеет один и тот же символ, исходя из этого относительно с электрическими силами притяжение побеждает по отношению к более большим, чем атомы, объектам. Равновесие электрических сил лишь легко нарушается, в то время, когда жёсткое тело сжимают либо растягивают. Яблоко падает, лишь в то время, когда совместное притяжение всех атомов Земли может одержать победу над электрическим притяжением в черенке, которым оно крепится к ветке дерева. Гравитация играет для нас ключевую роль, в силу того, что мы живем на тяжелой Земле.

Мы можем дать этому количественную оценку. В статье про космические числа мы вообразили ряд фотографий, любая из которых делалась с расстояния, увеличенного в 10 раз если сравнивать с прошлым. Сейчас представьте себе ряд сфер разного размера, содержащих соответственно 10, 100, 1000… атомов; иначе говоря любая последующая сфера в 10 раз тяжелее, чем любая прошлая. 18-я будет размером с песчинку, 29-я – с человека, а 40-я – с большой астероид. При каждом повышении массы в тысячу раз количество кроме этого возрастает в тысячу раз (при условии, что сферы имеют однообразную плотность), но радиус возрастает лишь в 10 раз. Значимость собственной силы притяжения сферы, измеряемой числом энергии, которая потребуется на то, дабы атом мог преодолеть воздействие данной силы, зависит от массы сферы, деленной на радиус, и возрастает в сотню раз. В масштабе атомов сила притяжения начинается с 10–36, но она улучшается в 102 (в противном случае говоря, 100) раз при повышении массы на каждые три степени 10 (т. е. в 1000 раз). Так, притяжение наверстает упущенное на 54-м объекте (54 = 36 × 3 / 2), в то время, когда масса станет приблизительно равной массе Юпитера. В любом жёстком образовании, которое по массе больше Юпитера, притяжение так очень сильно, что преодолевает силы, удерживающие жёсткие тела совместно.

Песчинки и крупинки сахара, как и мы, испытывают на себе притяжение массивной Земли. Но их личная гравитация – то притяжение, которое дают составляющие их атомы, в отличие от земного тяготения, пренебрежимо мало. Личная сила тяжести не серьёзна и для астероидов, и для двух спутников Марса, напоминающих по форме картофелины, – Фобоса и Деймоса. Но такие громадные тела, как планеты (а также наша личная большая Луна), слишком мало твёрды, дабы сохранять неправильную форму: сила тяжести сделала их фактически шарообразными. А массы, превышающие массу Юпитера, будут сдавлены собственной силой тяжести до огромной плотности, в случае, если лишь их центр не будет оставаться достаточно горячим, дабы поддерживать равновесие за счет давления, как это происходит с Солнцем и другими звездами. Конкретно по причине того, что притяжение есть таким не сильный, среднестатистическая звезда, такая как Солнце, возможно таковой тяжелой. При меньших объемах притяжение не имеет возможности соперничать с давлением, как не имеет возможности и сжать вещество, дабы нагреть его до той степени, в то время, когда оно начинает светиться.

Масса Солнца приблизительно в тысячу раза больше массы Юпитера. Если бы оно было холодным, притяжение сжало бы его в миллионы раз плотнее, чем простое жёсткое тело. Оно превратилось бы в белого карлика размером приблизительно с Землю, но в 330 000 раз тяжелее. Но в действительности солнечное ядро имеет температуру 15 млн градусов – оно в тысячи раз горячее его светящейся поверхности, и давление этого очень тёплого газа «раздувает» Солнце и разрешает ему оставаться в устойчивом равновесии.

Английский астрофизик Артур Эддингтон одним из первых осознал физическую природу звезд. Он размышлял о том, как много мы могли бы определить о них, если бы воображали их чисто теоретически, обитая на неизменно покрытой тучами планете. Очевидно, мы не могли бы предполагать, сколько звезд существует, но простое рассуждение о тех границах, о которых я только что сказал, могло бы сказать нам, как звезды громадны. Не через чур тяжело продолжить это рассуждение и подсчитать, как ярко должны сиять такие объекты. Подводя итог Эддингтон говорит: «Отстраним сейчас завесу из туч, которая окутывала нашего физика, и разрешим ему посмотреть на небо. Он обнаружит нем тысячи миллионов газовых шаров, и масса каждого из них лежит между [вычисленными им] массами» (Эддингтон А. Внутреннее строение звезд. Лекция, прочтённая в Английском Королевском университете 23 февраля 1923 г. Приложение к Nature от 12 мая 1923 г., с. 15, https://ufn.ru/ufn24/ufn24_1/Russian/r241b.pdf).

Сила тяготения не сильный сил, управляющих микромиром, в 1036 раз – это и имеется число N. А если бы тяготение не было таким относительно не сильный? Представьте себе, к примеру, вселенную, где гравитация не сильный электрических сил «всего» в 1030 раз, а не в 1036. Атомы и молекулы в ней будут вести себя точно равно как и в нашей настоящей Вселенной, но предметам вовсе не будет необходимости быть такими громадными, дабы тяготение могло соперничать с другими силами. В данной мнимой вселенной количество атомов, необходимое, дабы создать звезду (связанный гравитацией термоядерный реактор), будет в миллиард раз меньше. Масса планет также уменьшится в миллиард раз. Независимо от того, смогут ли эти планеты оставаться на устойчивых орбитах, сила тяготения будет препятствовать формированию жизни на них. В этом мнимом мире с сильной гравитацией кроме того насекомым потребуются толстые ноги, и никакое животное не сможет намного обогнать их в размерах. Притяжение уничтожит любое существо ростом с человека.

В аналогичной вселенной галактики будут формироваться значительно стремительнее и получаться более миниатюрными. Звезды, вместо привычного нам размещения, будут так хорошо набиты, что родные соприкосновения станут достаточно нередкими. Это само по себе исключает существование стабильных планетных систем, в силу того, что орбиты будут изменяться из-за проходящих мимо звезд, что (к счастью для нашей Земли) чуть ли может произойти в нашей Солнечной системе.

Но еще посильнее формированию сложных экосистем будет препятствовать ограниченное время развития. Из мини-звезд таковой вселенной будет быстро уходить тепло: в таком мнимом мире с сильным притяжением время жизни звезд будет в миллион раз меньше. Вместо того дабы существовать миллиарды лет, простая звезда проживет всего около 10 000 лет. Мини-солнца сгорят стремительнее и истощат всю энергию еще перед тем, как органическая эволюция успеет сделать первые шаги. Условия для сложной эволюции будут, без сомнений, куда менее благоприятными, в случае, если тяготение будет посильнее, кроме того в случае, если больше ничего не изменится. Не будет для того чтобы большого запаса времени, нужного для физических и химических реакций, как в нашей Вселенной. Но, в случае, если выстроить наши рассуждения по-другому, то кроме того мало более не сильный притяжение могло бы обеспечить куда более сложные и долгоживущие структуры.

Тяготение – организующая сила космоса. Потом мы заметим, как оно было принципиально важно чтобы разрешить разным структурам, среди которых первоначально не было резко выраженных неоднородностей, развернуться по окончании Большого взрыва. Но это случилось лишь по причине того, что тяготение есть не сильный по сравнению с другими силами, что разрешает существовать громадным и долгоживущим структурам. Парадоксально, но чем не сильный притяжение (при условии, что оно не равняется нулю), тем больше и сложнее возможно его авторитет. У нас нет никакой теории, которая бы давала нам значение числа N. Все, что мы знаем, – это то, что такое сложное образование, как человечество, не имело возможности развиться, если бы N было куда меньше 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.