Теория распада или теория конденсации? Часть1

Втр, 06/03/2014 - 20:48

— 2 —


Взаимодействующие галактики.
Фотографии, рассматриваемые слева направо, иллюстрируют классическую концепцию, рассматриваемые справо налево – бюраканскую

Группа взаимодейств. галактик в созвездии Геркулеса

Группа взаимодействующих галактик в созвездии Змеи, называемая секстетом Сейферта. Спиральная галактика, видимая плашмя, во взаимодействии не участвует

Бюраканская концепция имеет прямое отношение к проникновению в астрофизику понятия темной материи. Парадокс, связанный с доказательством нестационарности скоплений галактик, был известен давно, но спохватились, когда сторонники бюраканской концепции воспользовались им как аргументом в свою защиту. Суть парадокса в следующем. Если скопление галактик находится в стационарном состоянии, то удвоенная кинетическая энергия галактик должна равняться взятой с обратным знаком потенциальной гравитационной энергии скопления. Скорости галактик можно определить по эффекту Доплера, полагая, что распределение скоростей для всех направлений одинаково. Зная суммарную массу галактик, можно определить гравитационную энергию скопления. Масса отдельной галактики оценивается по ее светимости. Расчеты, выполненные для многих скоплений, показали, что видимые массы галактик не могут обеспечить устойчивость скоплений.

С другой стороны, если считать скопления расширяющимися вследствие неустойчивости, видимой массы также оказывается недостаточно, чтобы связать наблюдаемые размеры скоплений с их возрастом. Но в бюраканской концепции скрытая масса присутствует изначально — это не поддающаяся строгой оценке масса дозвездного вещества, содержащегося в каждой галактике. Другие неизвестные свойства дозвездного вещества также вносят неопределенность в законы, управляющие движением галактик. Например, недавно выяснилось, что регулярное хаббловское расширение прослеживается не только по далеким галактикам, но выполняется и для ближайших галактик. Распределение ближайших галактик очень неоднородно — значит, движение галактик слабо связано с их пространственным расположением, и кинематикой галактик руководит не их масса, а нечто другое. В классической концепции этот вопрос решается в характерном для современной космологии стиле: кинематикой далеких галактик руководит скрытая масса, кинематикой ближайших галактик — космологический вакуум.

Допустим, неустойчивость скоплений проявляется в их медленном расширении. Уменьшение плотности с возрастом для скоплений галактик подтверждается наблюдениями. Но скопления могут расширяться не вследствие изначальной неустойчивости, а постепенно теряя массу из-за «испарения» межгалактического газа, подогреваемого излучением галактик.

В ранней Вселенной астрономы наблюдают достаточно много сверхплотных компактных галактик, сравнимых по массе с обычными галактиками, но гораздо меньших по размеру. На более поздних этапах развития Вселенной они отсутствуют. Исчезновение компактных галактик можно объяснить их превращением в обычные галактики в результате быстрого расширения, темп которого постепенно замедлился. Но можно предположить, как это делается в рамках классической концепции, что все без исключения компактные галактики закончили существование слиянием с другими галактиками.

Недостаток массы обнаружился и при изучении движения вещества в отдельных галактиках. Для разрешения противоречия ввели понятие темной материи, под которым изначально можно было понимать обычное несветящееся вещество — холодный газ, межзвездную пыль, погасшие звезды. Но к этому времени обнажились проблемы в космологии, и темная материя пришлась как нельзя кстати. Согласно классической схеме, вскоре после Большого взрыва Вселенная представляла собой горячую однородную плазму с небольшими флуктуациями плотности, которые впоследствии привели к образованию скоплений галактик. Но реликтовое фоновое излучение свидетельствовало о величине флуктуаций, недостаточной для нужд космологии. Значит, сгущения вещества в ранней Вселенной состояли из темной холодной материи, не взаимодействующей с излучением. В дальнейшем свойства темной материи неоднократно уточнялись, в зависимости от построений космологов, придерживающихся той или иной гипотезы. Например, когда кандидатом на роль темной материи стало нейтрино, появилась следующая линия рассуждений. Так как давление излучения не препятствует сгущению темного вещества, оно конденсируется очень быстро, стимулируя конденсацию обычного вещества. На раннем этапе развития Вселенной это ведет к быстрому образованию галактик, что подтверждается наблюдениями. Но в дальнейшем накопление темной материи должно было как-то притормозиться. Значит, первичная темная материя — нестабильная субстанция. Сыграв свою роль в образовании галактик, она распалась, и продукты ее распада — слабовзаимодействующие частицы, составляющие однородную скрытую массу современной Вселенной.

В дальнейшем оказалось, что нейтрино, обладающее вполне реальными свойствами, не годится на роль темной материи, и ее разделение на первичную и вторичную стало неактуальным. Более взвешенная точка зрения на природу темной материи заключается в следующем. Существуют четыре фундаментальных взаимодействия. Изначально все они были объединены. Разделение произошло в первую секунду расширения Вселенной. Сначала отделилось гравитационное взаимодействие, затем оставшиеся разделились на сильное и электрослабое. Наконец, сравнительно поздно, электрослабое взаимодействие распалось на слабое и электромагнитное. Каждое взаимодействие переносится определенным видом частиц. При отделении гравитационного взаимодействия небольшая доля частиц-переносчиков единого взаимодействия превратилась в частицы-переносчики сильного и электрослабого взаимодействий, но большая часть не успела этого сделать. Она-то и составляет скрытую массу Вселенной. Обнаружить темную материю можно только с помощью сил гравитации или воссоздав условия первой секунды жизни Вселенной.

Аналогичные построения возможны и в бюраканской концепции. Разделение взаимодействий соответствует выделению определенных структурных уровней материи. Но выделение структурных уровней происходит не только в микро- и макромире, но и в мегамире. Поэтому можно предположить, что существуют, по крайней мере, два вида гравитационного взаимодействия. Первый вид руководит движением тел на уровне звезд, второй — на уровне галактик. Отклонение движения галактик от классических законов объясняется неучтенными параметрами взаимодействия.

«Неучтенные параметры» и «темная материя» — сущности одной природы, место которым среди гипотез.

Другие материалы рубрики


  • ...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


  • 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


  • ...Среди прочих лептонов в 1936 году, среди продуктов взаимодействий космических лучей, был открыт мюон. Он оказался одной из первых известных нестабильных субатомных частиц, которая во всех отношениях, кроме стабильности, напоминает электрон, то есть имеет тот же заряд и спин и участвует в тех же взаимодействиях, но имеет бóльшую массу. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. На долю мюона приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счетчиком Г. Гейгера...

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


  • Итак, знакомимся с действующими лицами драмы. Коричневый карлик 2M1207 спектрального класса M8 (его можно увидеть хорошо вооруженным глазом в созвездии Центавр) и его небольшой компаньон — планета 2M1207b. Последняя уже несколько лет как мучает ученых своими загадками. И вот теперь новейшее исследование позволило предположить: странные особенности данного объекта объясняются тем, что он рожден в результате совсем недавнего столкновения двух планет.



  • В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.



  • 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.



  • Теория эволюции звезд основана на диаграмме «спектр-светимость». Спектр звезды связан с температурой ее поверхностных слоев, светимость — это количество световой энергии, излучаемой звездой в единицу времени. По оси абсцисс откладывается последовательность спектральных классов, по оси ординат — светимость. Звезды Галактики изображаются на диаграмме точками. Точки могли бы расположиться как попало, могли бы сгуститься к одной линии. Но они сгущаются к нескольким линиям и областям, из которых выделяются пять. Им соответствуют группы звезд: звезды главной последовательности, субкарлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые карлики. Сопоставляя диаграммы «спектр-светимость», составленные для различных звездных скоплений, можно с уверенностью утверждать, что звезды главной последовательности на определенном этапе эволюции превращаются в красные гиганты. Из диаграмм также видно, как это происходит: температура звезды начинает уменьшаться, размеры и светимость, наоборот, увеличиваются. Через некоторое время температура опять начинает расти. Скорость эволюции определяется начальной массой звезды.

    • 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


  • Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Впервые астрономы обнаружили планету вне нашей Солнечной системы, которая является потенциально пригодной для жизни, с температурами подобными земным, сопоставимыми с Землей массой и размером и, вероятно, жидкой водой на поверхности. Что приятно, потенциально обитаемый мир находится всего в двух десятках световых лет от нас. Когда-нибудь люди туда смогут добраться.
    О сенсационной находке рассказала 25 апреля 2007 года международная группа из 11 астрономов (из Швейцарии, Португалии и Франции), которая работала в Чили, на одном из телескопов Европейской южной обсерватории (ESO). Ученые нашли сходную с Землей планету у звезды Gliese 581 — красного карлика, расположенного в созвездии Весы.
    Планета, получившая имя Gliese 581c, обладает массой примерно в 5 масс Земли. Ее диаметр оценивается в 1,5 диаметра нашей планеты, так что сила тяжести на ее поверхности составляет приблизительно 1,6 g. Из-за этих параметров астрономы окрестили ее также «Суперземлей» (super-Earth).
    Ученые предполагают, что эта планета — скалистый мир, сходный с Землей по облику. Как возможный вариант — это может быть ледяная планета. Но в обоих случаях на ее поверхности должна быть жидкая вода. Причем, в случае с ледяным миром — она может быть покрыта океаном полностью.