Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную - читать онлайн книгу. Автор: Йен Стюарт cтр.№ 93

Центральные конфигурации искусственны в том смысле, что никто не станет ожидать такой правильной формы от реальной галактики. С другой стороны, это разумный выбор для исследования того, как сочетаются непрерывная среда и модель n тел. Если выбрать в паутине достаточно радиальных линий и достаточно окружностей, мы получим очень плотный звездный суп, который хорошо аппроксимируется непрерывной средой. Паутинная конфигурация тоже удовлетворяет, с очень хорошим приближением, условиям симметричности, использованным при выводе уравнения Кеплера. Так что аппроксимация типа «звездный суп» должна, по идее, работать.

В частности, для вращающейся паутины должно выполняться уравнение Кеплера. Мы можем это проверить, использовав тот вариант, в котором распределение массы выражается через скорость на заданном радиусе. Поскольку паутина вращается жестко, скорость пропорциональна радиусу. Таким образом, уравнение Кеплера предсказывает распределение масс, пропорциональное кубу радиуса. Такой результат сохраняется, какими бы ни были на самом деле массы звезд в конфигурации.

Чтобы это проверить, мы проведем точный дискретный расчет n тел для паутины. Теория центральных конфигураций допускает значительную гибкость в выборе масс звезд. К примеру, если каждая звезда (а следовательно, каждое кольцо) обладает одинаковой массой, центральные конфигурации существуют, и распределение массы вдоль радиуса всегда меньше чем константа, умноженная на радиус. В данном случае, однако, из уравнения Кеплера может следовать, что масса самого далекого внешнего кольца в миллион раз больше массы внутреннего, даже в том случае, когда на самом деле их массы одинаковы. Так что точные расчеты не оправдывают упрощенную модель, из которой получено уравнение Кеплера. Напротив, по мере увеличения радиуса правильно вычисленная масса растет намного медленнее, чем предсказывает формула Кеплера.

Этот расчет доказывает, что модель в варианте звездного супа может дать результат со значительной ошибкой, даже когда предположения, на которых модель основана, выполняются. Несмотря на популярное выражение, отражающее бытовой, житейский взгляд на вещи, одного исключения достаточно, чтобы опровергнуть любое правило ^[103].

Расчеты Саари имеют еще одно важное следствие. Если темное вещество, как считают астрономы, существует и образует вокруг галактик обширные, массивные гало, то оно не может на самом деле объяснить аномальную кривую вращения, с которой, собственно, все и началось. Либо закон всемирного тяготения, либо традиционные модельные допущения должны быть неверны.

ДЛЯ ЧЕГО МЫ ЗДЕСЬ?

Это основной вопрос философии. Сквозь окна своих глаз человек смотрит на мир, который гораздо больше и могущественнее его. Даже если единственный известный вам мир — маленькая деревенька на лесной полянке, существуют еще грозы, львы, а иногда приходится мериться силами и с гиппопотамом — и все это грозные противники. Если, как считают сегодня космологи, ваш мир имеет 91 миллиард световых лет в поперечнике и все время увеличивается, это, откровенно говоря, внушает смирение. Вокруг чертовски много «здесь» и очень мало «нас». Поэтому вопрос «для чего?» приобретает поистине катастрофические размеры.

Однако присущее человечеству чувство собственного величия не может допустить долгого смирения. К счастью, то же действие производит на него чувство чудесного и ненасытное любопытство. Именно поэтому мы осмеливаемся задать себе этот основной вопрос.

Контраргументы, обсуждавшиеся в двух предыдущих главах, не нарушили убеждение космологов в том, что они знают ответ: Большой взрыв и дополнения к нему корректно описывают возникновение Вселенной. Аналогично физики убеждены, что теория относительности и квантовая теория вместе описывают поведение Вселенной. Было бы хорошо объединить эти теории, но они неплохо работают и по отдельности — если получится выбрать ту, что уместна в данном случае.

Биология рассказывает нам еще более убедительную историю о происхождении жизни и ее эволюции в миллионы видов, населяющих сегодня Землю, в том числе и нас. Некоторые адепты некоторых вероучений утверждают, что эволюция требует немыслимо маловероятных совпадений, но биологи раз за разом объясняют слабые места этих утверждений. В наших представлениях о жизни на Земле множество пробелов, но постепенно, один за другим, эти пробелы заполняются. Основной сюжет вполне логичен и подтверждается по крайней мере четырьмя независимыми линиями доказательств — данные палеонтологической летописи, ДНК, кладистика (родословное древо организмов) и эксперименты по скрещиванию, искусственному отбору и выведению новых пород и сортов.

Однако, когда дело доходит до космологии, даже космологов и физиков тревожит, что Вселенная, как мы ее понимаем, требует исключительно точных совпадений. Вопрос не в том, чтобы объяснить поведение Вселенной, что представляет собой Вселенная, вопрос в том, почему верно именно это конкретное объяснение, а не целая куча других, которые на первый взгляд кажутся нисколько не менее вероятными. Это космологическая проблема тонкой настройки — а эту проблему и креационисты, и космологи воспринимают очень серьезно.

Необходимость в тонкой настройке возникает потому, что физические законы зависят от нескольких фундаментальных констант, таких как скорость света, постоянная Планка в квантовой теории и постоянная тонкой структуры, определяющая значение электромагнитной силы ^[104]. Каждая константа имеет вполне конкретное численное значение, измеренное учеными. К примеру, постоянная тонкой структуры равна приблизительно 0,00729735. Ни одна общепринятая физическая теория не предсказывает значения этих констант. Насколько нам известно, постоянная тонкой структуры вполне могла бы равняться 2,67743, или 842 006 444,998, или 42.