WikiDer > Гипотеза больших чисел Дирака

Dirac large numbers hypothesis
Поль Дирак

В Гипотеза больших чисел Дирака (LNH) - наблюдение, сделанное Поль Дирак в 1937 г., связывая соотношения шкал размеров в Вселенная к шкале сил. Отношения представляют собой очень большие безразмерные числа: некоторые 40 порядков в настоящую космологическую эпоху. Согласно гипотезе Дирака, очевидное сходство этих соотношений могло быть не простым совпадением, а могло означать космология с этими необычными функциями:

  • Сила гравитации, представленная гравитационная постоянная, обратно пропорциональна возраст вселенной:
  • Масса Вселенной пропорциональна квадрату возраста Вселенной: .
  • Физические константы на самом деле непостоянны. Их значения зависят от возраста Вселенной и количества мотивов, расположенных во Вселенной.

Фон

LNH был личным ответом Дирака на множество «совпадений», которые заинтриговали других теоретиков его времени. «Случайности» начались с Герман Вейль (1919),[1][2] кто предположил, что наблюдаемый радиус Вселенной, рU, также может быть гипотетическим радиусом частицы, энергия покоя которой равна собственной гравитационной энергии электрона:

куда,

и ре это классический радиус электрона, ме - масса электрона, мЧАС обозначает массу гипотетической частицы, а рЧАС его электростатический радиус.

Совпадение было далее развито Артур Эддингтон (1931)[3] кто связал вышеуказанные соотношения с N, расчетное количество заряженных частиц во Вселенной:

Помимо примеров Вейля и Эддингтона, на Дирака также повлияли гипотеза первобытного атома из Жорж Лемэтр, который читал лекции по этой теме в Кембридже в 1933 году.грамм космология впервые появляется в работах Эдвард Артур Милн за несколько лет до того, как Дирак сформулировал LNH. Милна вдохновляло не большое количество совпадений, а неприязнь к теории Эйнштейна. общая теория относительности.[4][5] Для Милна пространство было не структурированным объектом, а просто системой отсчета, в которой такие отношения могли соответствовать выводам Эйнштейна:

куда MU масса Вселенной и т это возраст Вселенной. Согласно этому соотношению, грамм со временем увеличивается.

Интерпретация Дирака большого числа совпадений

Вышеупомянутые соотношения Вейля и Эддингтона можно перефразировать различными способами, например, в контексте времени:

куда т это возраст вселенной, это скорость света и ре - классический радиус электрона. Следовательно, в единицах, где c = 1 и ре = 1, возраст Вселенной около 1040 единиц времени. Это тоже самое порядок величины как отношение электрические к гравитационный силы между протон и электрон:

Следовательно, интерпретируя обвинять из электрон, то массы и протона и электрона, а коэффициент диэлектрической проницаемости в атомных единицах (равных 1), значение гравитационная постоянная примерно 10−40. Дирак интерпретировал это как то, что меняется со временем как . Несмотря на то что Георгий Гамов отметил, что такая временная вариация не обязательно следует из предположений Дирака,[6] соответствующее изменение грамм не найдено.[7]Однако согласно общей теории относительности грамм постоянно, иначе закон сохранения энергии нарушается. Дирак решил эту трудность, введя в Уравнения поля Эйнштейна калибровочная функция β который описывает структуру пространства-времени с точки зрения соотношения гравитационных и электромагнитных единиц. Он также представил альтернативные сценарии непрерывного создания материи, одну из других важных проблем в LNH:

  • «аддитивное» создание (новая материя создается равномерно по всему пространству) и
  • «мультипликативное» создание (создается новая материя там, где уже есть концентрации массы).

Более поздние разработки и интерпретации

Теория Дирака вдохновляла и продолжает вдохновлять значительную часть научной литературы по самым разным дисциплинам. В контексте геофизика, например, Эдвард Теллер казалось, что в 1948 году он серьезно возражал против LNH.[8] когда он утверждал, что вариации силы тяжести несовместимы с палеонтологический данные. Тем не мение, Георгий Гамов продемонстрировано в 1962 г.[9] как простой пересмотр параметров (в данном случае возраста Солнечной системы) может опровергнуть выводы Теллера. Дискуссия осложняется выбором LNH космологии: В 1978 г. Г. Блейк[10] утверждал, что палеонтологические данные соответствуют «мультипликативному» сценарию, но не «аддитивному» сценарию. Аргументы как за, так и против LNH также сделаны из астрофизических соображений. Например, Д. Фалик[11] утверждал, что LNH несовместим с экспериментальными результатами для микроволновое фоновое излучение тогда как Кануто и Се[12][13] утверждал, что это является последовательный. Один аргумент, вызвавший серьезные споры, был выдвинут Роберт Дике в 1961 году. Известен как антропное совпадение или же тонко настроенная вселенная, он просто заявляет, что большие числа в LNH являются необходимым совпадением для разумных существ, поскольку они параметризуют слияние из водород в звезды и, следовательно, на основе углерода жизнь иначе бы не возникло.

Различные авторы вводили новые наборы чисел в исходное «совпадение», рассмотренное Дираком и его современниками, тем самым расширяя или даже отклоняясь от собственных выводов Дирака. Иордания (1947)[14] отметил, что отношение масс типичной звезды (в частности, звезды Чандрасекар месса, сама по себе константа природы, ок. 1,44 массы Солнца), а электрон приближается к 1060, интересная вариация на 1040 и 1080 которые обычно ассоциируются с Дираком и Эддингтоном соответственно. (Физика, определяющая Чандрасекар месса дает отношение, которое является степенью -3/2 постоянной гравитационной тонкой структуры, 10 −40.)

Несколько авторов недавно определили и задумались над значением еще одного большого числа, примерно 120 порядков. Это, например, соотношение теоретических и наблюдательных оценок плотность энергии вакуума, который Nottale (1993)[15] и Мэтьюз (1997)[16] связанный в контексте LNH с законом масштабирования для космологическая постоянная. Карл Фридрих фон Вайцзеккер выявлено 10120 с отношением объема Вселенной к объему типичного нуклона, ограниченного его комптоновской длиной волны, и он идентифицировал это отношение с суммой элементарных событий или биты из Информация во вселенной.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Х. Вейль (1917). "Zur Gravitationstheorie". Annalen der Physik (на немецком). 359 (18): 117–145. Bibcode:1917AnP ... 359..117Вт. Дои:10.1002 / andp.19173591804.
  2. ^ Х. Вейль (1919). "Eine neue Erweiterung der Relativitätstheorie". Annalen der Physik. 364 (10): 101–133. Bibcode:1919AnP ... 364..101Вт. Дои:10.1002 / andp.19193641002.
  3. ^ А. Эддингтон (1931). «Предварительное замечание о массах электрона, протона и Вселенной». Труды Кембриджского философского общества. 27 (1): 15–19. Bibcode:1931PCPS ... 27 ... 15E. Дои:10.1017 / S0305004100009269.
  4. ^ Э. А. Милн (1935). Относительность, гравитация и строение мира. Oxford University Press.
  5. ^ Х. Краг (1996). Космология и противоречие: историческое развитие двух теорий Вселенной. Princeton University Press. стр.61–62. ISBN 978-0-691-02623-7.
  6. ^ Х. Краг (1990). Дирак: научная биография. Издательство Кембриджского университета. п.177. ISBN 978-0-521-38089-8.
  7. ^ Дж. П. Узан (2003). «Фундаментальные константы и их вариации, статус наблюдения и теоретические мотивы». Обзоры современной физики. 75 (2): 403. arXiv:hep-ph / 0205340. Bibcode:2003РвМП ... 75..403У. Дои:10.1103 / RevModPhys.75.403. S2CID 118684485.
  8. ^ Э. Теллер (1948). «Об изменении физических констант». Физический обзор. 73 (7): 801–802. Bibcode:1948ПхРв ... 73..801Т. Дои:10.1103 / PhysRev.73.801.
  9. ^ Г. Гамов (1962). Сила тяжести. Doubleday. С. 138–141. LCCN 62008840.
  10. ^ Дж. Блейк (1978). «Гипотеза больших чисел и вращение Земли». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 185 (2): 399–408. Bibcode:1978МНРАС.185..399Б. Дои:10.1093 / минрас / 185.2.399.
  11. ^ Д. Фалик (1979). "Первичный нуклеосинтез и гипотеза больших чисел Дирака". Астрофизический журнал. 231: L1. Bibcode:1979ApJ ... 231L ... 1F. Дои:10.1086/182993.
  12. ^ В. Кануто, С. Се (1978). «Излучение черного тела 3 К, гипотеза больших чисел Дирака и масштабно-ковариантная космология». Астрофизический журнал. 224: 302. Bibcode:1978ApJ ... 224..302C. Дои:10.1086/156378.
  13. ^ В. Кануто, С. Се (1980). «Первичный нуклеосинтез и гипотеза больших чисел Дирака». Астрофизический журнал. 239: L91. Bibcode:1980ApJ ... 239L..91C. Дои:10.1086/183299.
  14. ^ П. Джордан (1947). "Die Herkunft der Sterne". Astronomische Nachrichten. 275 (10–12): 191. Bibcode:1947dhds.book ..... J. Дои:10.1002 / asna.19472751012.
  15. ^ Л. Ноттале. «Принцип Маха, большие числа Дирака и проблема космологической постоянной» (PDF).
  16. ^ Р. Мэтьюз (1998). "Шестьдесят лет спустя совпадения Дирака" (PDF). Астрономия и геофизика. 39 (6): 19–20. Дои:10.1093 / astrog / 39.6.6.19.
  17. ^ Х. Лайр (2003). "Реконструкция физики К. Ф. Вайцзеккера: вчера, сегодня и завтра". arXiv:Quant-ph / 0309183.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка