Вселенные без слабой ядерной силы могут иметь звезды и жизнь
По словам физиков, альтернативный космос мог обойтись без одной из фундаментальных сил.
Не все фундаментальные силы созданы равными. Согласно подсчетам, опубликованным на arXiv.org, альтернативная вселенная, в которой отсутствует слабая ядерная сила (слабое ядерное взаимодействие) — одна из четырех фундаментальных сил, которая управляет всей материей в нашей вселенной, все еще может образовывать галактики, звезды, планеты и, возможно, и жизнь.
Ученые давно думали, что наша Вселенная не будет существовать или, по крайней мере, не будет поддерживать жизнь без определенных физических законов. Например, если бы сила тяжести была намного сильнее, то большая часть материи рухнула бы в черные дыры; если бы она была слабее, вселенная не создавала бы такие структуры, как галактики или звезды. Сильная ядерная сила (сильное ядерное взаимодействие) объединяет атомные ядра, а электромагнитная сила передает свет во вселенную.
«Эти три силы, сила тяжести, сильное ядерное взаимодействие и электромагнитная сила являются необходимыми», — говорит физик-теоретик Фред Адамс из Мичиганского университета в Анн-Арборе. Но слабая ядерная сила, ответственная за распад нейтронов на протоны, электроны и нейтрино, может быть не столь необходимой. «Это единственная сила, от которой вы можете полностью избавиться, не испортив все, — говорит он.
В предыдущем исследовании утверждалось, что вселенная, лишенная слабой ядерной силы, может существовать. Некоторые физики считают, что наша Вселенная является лишь одной из бесконечных мульти-вселенных, где существует множество разных космосов бок о бок, возможно, управляемых различными физическими правилами. Мы живем в нашей Вселенной просто потому, что не можем жить больше нигде, говорят некоторые ученые.
«Люди говорят о вселенных, как будто они очень хорошо знают; что если вы немного измените ситуацию, то жизнь погибнет и все рухнет», — говорит Адамс. Но «вселенная и звезды имеют гораздо больше путей к успеху».
В новом исследовании он и его коллеги смоделировали, как материя была создана в Большом взрыве, а затем образовались звезды без последствий действия слабой ядерной силы. В нашей вселенной одним из последствий распада нейтрона является то, что большая часть Вселенной состоит из водорода, который состоит из одного протона и электрона. Звезды в своих горячих ядрах сливают протоны в гелий и более тяжелые элементы, а затем рассеивают их в космос, помогая создавать все — от звезд до физиков, которые их изучают. Но без слабой ядерной силы вселенная была бы заполнена нейтронами, которые бы не распадались — а это тупик в деле создания более тяжелых элементов.
Единственный способ создать такую сложную материю мог бы начаться с меньшего количества нейтронов и более свободных протонов, чем в нашей Вселенной. Таким образом, нейтроны и протоны могли бы связываться и создавать дейтерий, также называемый тяжелым водородом. Поэтому Адамс и его коллеги изменили исходное содержание нейтронов и протонов в моделируемой вселенной.
Звезды, содержащие дейтерий вместо водорода, по-прежнему будут сиять, как показали симуляции, но объекты выглядели бы иначе. Сжигание дейтерия более эффективно, чем сжигание водорода, поэтому такие звезды будут немного горячее, крупнее и краснее, чем наши звезды. Но звезды все равно могли создать все элементы периодической таблицы до железа включительно, и звездные ветры могли вынести эти элементы в космос.
Планеты, которые образовались, имели бы воду, созданную дейтерием вместо водорода, которая будет токсична для жизни в нашей Вселенной. «Но если жизнь должна эволюционировать с дейтерированной водой … то для нее все может быть в порядке», — говорит Адамс.
Адамс и его коллеги — одни из первых, кто серьезно изучает последствия отсутствия слабого ядерного взаимодействия во Вселенной, говорит Мартин Рис из Кембриджского университета, который не участвовал в исследовании.
Исследование не помогает выяснить, действительно ли мульти-вселенная реальна. «Мы надеемся, что в конце концов мы узнаем это, — говорит Мартин Рис.
Больше информации: E. Grohs, A.R. Howe and F.C. Adams. Universes without the weak force: Astrophysical processes with stable neutrons. arXiv:1801.06081v1. Posted January 18, 2018.