Тайны Вселенной. Ископаемые космоса

Втр, 07/30/2013 - 19:01

За рубежом, отстоящим от Большого взрыва на 100 тыс. лет, Вселенная предстает почти лишенной какой-либо структуры — это период горячей плазмы. Темп эволюции здесь можно оценивать по скорости космического расширения и падения температуры, где в этот период Вселенная расширялась примерно в 100 тыс. раз быстрее, чем сегодня, а ее температура достигла нескольких тысяч градусов. Еще раньше скорость расширения была много больше, а температура — гораздо выше. В момент первой секунды размеры Вселенной примерно возрастали вдвое, а ее температура достигла 1010 К. Очевидно, в пределах первой секунды темп изменения Вселенной был еще выше, безгранично нарастая по мере приближения к моменту Большого взрыва.

Математически это нарастание темпа активности описывается обратно пропорциональной зависимостью. Если, например, обозначить через t время, прошедшее от момента рождения Вселенной — момента Большого взрыва, 1/t — то скорость расширения будет пропорциональна , а температура — . С уменьшением t обе эти величины возрастают все быстрее, стремясь к бесконечности. Становится очевидным, что поскольку космическая активность неуклонно возрастает по мере приближения к моменту рождения Вселенной, существенные изменения происходят, по-видимому, за все более короткие промежутки времени.

По мере углубления в прошлое встречаются все более экстремальные физические условия. Наиболее важным параметром, позволяющим оценить этот процесс, является энергия. Энергия типичной частицы, “плавающей” в первичной плазме, с приближением к моменту рождения Вселенной возрастает все быстрее и быстрее. Для момента, соответствующего первой минуте, характерны энергии рентгеновского диапазона; в момент, соответствующий первой секунде, господствуют энергии, свойственные некоторым радиоактивным превращениям; в момент, равный первой мкс (микросекунде), энергия типичной частицы сравнима с энергией, которую удалось получить на ускорителях начала 50-х годов прошлого столетия; в момент, соответствующий первой пс (пикосекунда, 10-12 сек.), энергия приближается к пределу, достигнутому в настоящее время в физике элементарных частиц. За этим пределом путеводной звездой может служить пока только теория.

Ранее говорилось о существовании в природе четырех взаимодействий: электромагнитное, гравитационное, слабое и сильное, которые могут рассматриваться как части главной силы — суперсилы. О различной природе четырех взаимодействий в свое время сложилось ошибочное мнение, потому что наблюдатель имеет дело с миром относительно низких энергий, а вот если энергии увеличить, произойдет объединение взаимодействий. При энергиях, эквивалентных примерно 90 массам протона, что соответствует температуре около 1015 К, прежде всего, объединяются электромагнитное и слабое взаимодействия. Это доказано экспериментально при рождении в ускорителях W- и Z- частиц. Последующее объединение электрослабого и сильного взаимодействия, а, в конечном счете, и гравитации невозможно, пока не будут получены более высокие энергии, но для этого необходимо достичь масштабов Великого объединения и массы Планка, что в триллионы раз превосходит масштаб электрослабого взаимодействия. С этой точки зрения ранняя Вселенная представляла собой гигантскую лабораторию природы, в которой энергия, высвободившаяся в результате Большого взрыва, пробудила физические процессы, не воспроизводимые в земных условиях. И хотя прямые эксперименты с суперсилой, вероятно, никогда не станут реальными, тем не менее, можно обратиться к космологии за разгадкой причин кратковременной активности суперсилы в первые мгновения существования Вселенной.

Спустя 10-12 секунд после Большого взрыва температура была столь высока, что тепловая энергия оказалась достаточной для рождения всех известных частиц и античастиц, которые присутствовали во Вселенной почти в равных количествах. Позднее, когда составлявшие большую часть вещества пары частица-античастица аннигилировали, возник “остаток” вещества. Плотность частиц была столь велика, что установилось равновесие, при котором энергия равномерно распределялась между всеми видами частиц. Характер этого вещества во Вселенной на этой ранней стадии резко отличался от всего, что удается наблюдать непосредственно сейчас. При столь высокой температуре адроны не имели индивидуальных свойств; протоны и нейтроны не существовали, как различные объекты. Вещество в целом представляло собой “кварковую жидкость”, в которой кварки двигались более или менее независимо. При этих энергиях не было никакого различия между слабым и электромагнитным воздействиями, а такие частицы, как электроны, мюоны и нейтрино, не существовали в обычном виде. Свойства фотонов, а также W- и Z- частиц оказались безнадежно перемешанными.

Ключ к пониманию природы этой странной высокотемпературной фазы материи лежит в нарушении симметрии, потому как спонтанное нарушение калибровочной симметрии может наделить частицы массой и создать различие между электромагнитным и слабым взаимодействиями. Существует общее правило природы, согласно которому высокие температуры стремятся восстановить симметрию.

В подтверждение этой теории можно привести пример на двух фазах (состояниях) воды — жидкой и твердой (льда). В кристалле льда наблюдаются выделенные направления — направления вдоль ребер кристаллической решетки, при таянии которого структура разрушается и возникает капля воды. У нее уже нет никаких выделенных направлений в пространстве — капля симметрична. То есть, повышение температуры привело к восстановлению изначальной пространственной симметрии, которая была спонтанно нарушена у кристалла льда. Если температуру увеличить до 1016 К — происходит фазовый переход, напоминающий замерзание воды и образование льда.

Другие материалы рубрики


  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт - на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. км/с. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость - 30 тыс. км/с (или 0,1 скорости света, так что цвет излучения начинает меняться все заметнее). А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено - лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • В нашей Галактике за пределами Солнечной системы обнаружено несколько сотен планет. Исследовать их проще и дешевле при помощи автоматических зондов сверхмалого размера. Запускать эти аппараты можно с Земли из электромагнитной пушки, а ускорять и корректировать орбиты будут гравитационные поля встречных звезд.
    Полеты к звездам — любимая тема фантастов и авторов компьютерных игр. Лихо носятся их звездолеты на просторах Галактики! Вот только неясно — как и зачем? Но эти вопросы не очень волнуют любознательных читателей: «как» — это придумают инженеры, а уж «зачем» — вообще неприлично спрашивать. Вы только представьте: новые неизведанные миры, братья по разуму... Разве это неинтересно?!
    Но не все фантазии удается воплотить в жизнь. Романтическая эпоха поиска внеземных цивилизаций, рожденная в начале 1960-х успехами космонавтики и радиоастрономии, к концу столетия почти сошла на нет.



  • Невиданный успех фильма «Аватар» о событиях на экзопланете Пандора на самом деле может быть не такой уж и фантастикой. По крайней мере, обнаружение новых планет в других звездных системах дает нам надежды на то, что мы на самом деле увидим причудливых инопланетных существ.
    Фантастика зачастую является таковой лишь для определенной эпохи, и с развитием научно-технического прогресса она становится реальностью. Вот и «Аватар» не зря был снят, точнее, смонтирован именно сейчас — ведь еще десять-пятнадцать лет назад подобное казалось уж больно нереальным. Примерно, как обнаружение живого динозавра.
    Современные астрономы уже не отрицают, что где-то там, в других галактиках или даже в нашем родном Млечном пути, есть жизнь. Завлабораторией астроинформатики Главной астрономической обсерватории НАН Украины Ирина Вавилова так и говорит: «Считаю, что она существует. В форме простейших организмов — так точно».

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Эксперты ООН в ежегодных докладах публикуют данные, говорящие, что Землю в перспективе ждет катастрофическое глобальное потепление, обусловленное возрастающими выбросами углекислого газа в атмосферу. Однако наблюдение за Солнцем позволяет утверждать, что в повышении температуры углекислый газ «не виноват» и в ближайшие десятилетия нас ждет не катастрофическое потепление, а глобальное, и очень длительное, похолодание.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Варварские наклонности некоторых звезд иногда возмущают. Пока одни отнимают вещество у ближайших тел, другие поступают еще более нагло и жестоко. Они скидывают со звезд газопылевые диски, которые могли бы дать начало новой планетной системе, а то и новым формам жизни. Но не со всех, а лишь с тех, кто решается переступить опасную черту.



  • Существует небольшой шанс, что через 3,34 миллиарда лет Марс столкнется с Землей. Также есть вероятность столкновения Земли и Венеры или Меркурия и Венеры. Меркурий вообще может упасть на Солнце или улететь в межзвездное пространство. Таковы причуды нашей системы, новые тайны которой раскрыли ученые.
    Подробнейшее численное моделирование эволюции орбит в Солнечной системе выполнили профессор Жак Ласкар (Jacques Laskar) и Микаэль Гастино (Mickael Gastineau) из Парижской обсерватории (Observatoire de Paris).
    Долгое время астрономы полагали, что орбиты планет в Солнечной системе стабильны и неизменны. Потом стали появляться сведения, что на заре зарождения системы орбиты ряда планет сильно отличались от нынешних и претерпевали большие изменения, прежде чем все «устоялось».



  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3