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


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • 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.



  • Вращаясь вокруг Солнца, инфракрасная обсерватория НАСА ищет следы молодых звезд и галактик, а также межзвездное пространство, в котором они образовались.
    Космический телескоп имеет очевидные преимущества в изучении инфракрасного теплового излучения, которое испускают объекты, слишком холодные, чтобы сиять в спектре видимого света. Атмосфера Земли - постоянная помеха для инфракрасных приборов, поскольку она не только впитывает слабые инфракрасные лучи из космоса, но и сама выделяет их огромное количество.
    В 1979 году НАСА представило инфракрасный космический телескоп SIRTF. Он не стал первым инфракрасным прибором на орбите, но долгое время оставался самым большим.



  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Уходить от Солнца на еще большее расстояние, по подсчетам швейцарского астрофизика, нет смысла. Потому что в стадии красного гиганта Солнце пробудет всего несколько миллионов лет, а затем станет снова быстро сжиматься, превратится в белого карлика и начнет деградировать как источник энергии. И тогда Земле, чтобы получать достаточное количество тепла и света, понадобится орбита меньшая, чем сейчас у Меркурия. Но при таком приближении к светилу силы притяжения довольно скоро остановят вращение Земли вокруг ее оси. Планета будет повернута к Солнцу всегда одной стороной. Значит, жизнь на Земле быстро погибнет: на ночной стороне — от тьмы и холода, а на освещенной — от жары и губительного для всего живого ультрафиолетового и рентгеновского излучения, идущего от белого карлика.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...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


  • 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».



  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Этот взрыв потряс не только часть Вселенной, но и земную астрономию! Громадная звезда вдруг стала сверхновой, и ее разорвало на куски с таким шиком, что даже бывалые астрономы заявили, что никогда такого не видали. А ведь должна была вести себя тихо-тихо. Ученые подозревают, что такое разрушительное событие может в любой момент повториться у нас прямо под боком. Возможно, даже завтра. Или прямо сейчас.



  • Никто пока не определил, всякая ли звезда в Галактике окружена другими планетами, либо Солнце является исключением из данного правила. За последние 9 лет астрономы при наблюдении за колебательными движениями звезд, которые вызваны воздействием, оказываемым на них планетами, обнаружили сотни таких планет. Но этот метод помогает фиксировать лишь самые массивные планеты, находящиеся неподалеку от звезд. Так можно обнаружить Юпитер, Сатурн в Солнечной системе, но мелкие тела (кометы, астероиды, планеты земного типа), делающие Солнечную систему такой разнообразной, астрономы бы не смогли найти, используя эти методы наблюдения.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4