В начале было ничто. Про время, пространство, скорость и другие константы физики

Я уже говорил о фундаментальном заряде e, через который выражается сила электромагнитного взаимодействия: например, сила притяжения между двумя зарядами или сила взаимодействия электрона (заряд которого равен —e) с электрическим полем – например, радиоволной. Размер этой фундаментальной постоянной определяет силу взаимодействия между электронами и ядрами атомов, а следовательно, размеры и свойства атомов; силу связей между атомами, а значит, и образование химических соединений; силу взаимодействия электронов в атомах и молекулах с электромагнитным полем, влияя таким образом и на цвета веществ, и на интенсивность этих цветов. Он играет важную роль и внутри атомных ядер, – ведь положительно заряженные протоны в ядрах подвержены интенсивному взаимному отталкиванию.

И снова лучшим вариантом представляется избавить величину фундаментального заряда от единиц, придуманных человеком, и выразить ее чистым числом. Всякий раз, когда вы видите, как постоянная выражается в каких-то единицах, вы не можете с уверенностью сказать, велика она или мала. Велика или мала – по сравнению с чем? В данном случае фундаментальный заряд, как правило, сочетают с другими фундаментальными постоянными, получая в результате безразмерное число – «постоянную тонкой структуры» α (альфа). Ее название связано с тем, что введена она была для объяснения некоторых особенностей структуры атомов водорода. Я уже говорил, что равна она 1/137[63]. То, что α так мала, отражает слабость электромагнитного взаимодействия (по сравнению с сильным взаимодействием, действующим внутри ядра). Именно этим и объясняется, что молекулы, удерживаемые вместе электромагнитным взаимодействием, оказываются значительно более податливыми, чем ядра, в том смысле, что в ходе химических реакций они могут делиться на части и вновь соединяться. Будь α ближе к 1, никакой химии бы не было, – молекулы, если бы они вообще существовали, имели бы тот же размер, что и атомные ядра, а жизнь (продукт многоступенчатых химических реакций) не могла бы возникнуть. В биологическом смысле Вселенная была бы безмолвна.

Никто пока не знает, почему α равняется 1/137. По одному из сценариев, когда-то все виды взаимодействий по силе были одинаковы, но когда Вселенная расширилась и остыла, между ними появились различия. Мерой такого различия и является ¹/137. Я думаю, что эта величина получит свое объяснение, как только будет сформулирована более исчерпывающая теория возникновения, структуры и эволюции Вселенной. Но пока это тайна. Нельзя, конечно, сказать, что никто не пытался найти это значение, составляя коктейль из чисел вроде π и √2, – в некоторых случаях даже получалась впечатляюще близкая к экспериментально установленной величина[64]. Но все эти попытки делаются без надежного теоретического обоснования, и ни одна из них не была принята научным сообществом за что-то большее, чем простая нумерологическая эквилибристика. Вопрос этот, однако, имеет колоссальную важность для понимания Вселенной и нашего места в ней. Подобные же константы связи существуют для сильного и слабого взаимодействий, определяющих внутриядерные структуры. Будущая теория фундаментальных сил (и фундаментальных частиц, на которые эти силы действуют) должна объяснить их значения.

Единственная постоянная взаимодействия, о которой я еще должен упомянуть, – это константа, управляющая силой гравитации. Это гравитационная постоянная G, она появляется в законе обратных квадратов – законе гравитационного притяжения между двумя массами [65]. По аналогии с постоянной тонкой структуры гравитационную постоянную можно превратить в безразмерную величину α_G, заменив квадрат заряда электрона (который появляется в α) квадратом его массы. Значение этой константы оказывается фантастически малым: 1,752×10^–45 [66]. Из этого можно заключить, что сила гравитации гораздо, гораздо слабее сил электромагнетизма. Это благоприятное обстоятельство для возникновения мыслящих существ – по крайней мере, для нас. Ведь благодаря ему у Вселенной оказывается достаточно времени для образования звезд и галактик, для формирования устойчивых орбит планет, обращающихся вокруг звезд, и для возникновения и эволюции живых существ. Будь гравитация заметно сильнее, мы – и все, что нас окружает, – вместе оказались бы в одной огромной черной дыре, и никто ничего бы не знал об этом.