авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

«Р.Е.РОВИНСКИЙ Сегодня позитивное познание вещей отождествляется с изучением их развития. П.Тейяр де Шарден. РАЗВИВАЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ ...»

-- [ Страница 2 ] --

До открытия вынужденного излучения ученые знали, что прохождение светового луча че рез оптическую среду сопровождается только процессами поглощения и рассеяния. Всегда интенсивность луча на выходе из оптической среды оказывается меньше его интенсивности на входе в эту среду. Никому не удавалось наблюдать в природе процесс усиления проходя щего через среду света. С открытием вынужденного излучения выяснилось, что существует принципиальная возможность усиления светового луча, но для этого в среде, через которую проходит луч, должно господствовать вынужденное излучение. Между тем во всех наблю даемых на Земле естественных оптических средах их состояния близки к равновесным, а в условиях равновесности вынужденное излучение составляет незначительную добавку к спон танному излучению, которое господствует. Из сказанного следует вывод, что усиление света может происходить только в сильно неравновесной оптической среде, в которой к тому же выполняются особые требования к свойствам частиц, составляющих эту среду. Такие требо вания селектируют отбор вещества, при прохождении через который можно ожидать усиле ние света.

В 1948 году профессор В.А. Фабрикант совместно со своей аспиранткой Ф.А. Бутаевой создал специальную газоразрядную установку, в которой были выполнены условия, необхо димые для получения состояния среды с господством вынужденного излучения на определен ной длине волны. На установке впервые было получено усиление проходящего через эту сре ду монохроматичного светового луча, что продемонстрировало возможность создания кван товых приборов, усиливающих монохроматичный свет. Чтобы усилитель электромагнитных волн превратить в генератор таких волн, необходимо осуществить в системе обратную поло жительную связь. Это удалось сделать в 1960 году Мейману, поместившему твердотельную оптическую среду в оптический резонатор, в простейшем случае представляющий два плос копараллельных зеркала, между которыми такая среда располагалась.

Отсюда началась эпоха создания оптических квантовых приборов, в которых активную ла зерную среду, состоящую из специально подобранных атомов, молекул или ионов, приводят в состояние сильной неравновесности направленным введением специально организованного потока энергии (накачка лазера). В таком состоянии становится возможным избирательное возбуждение активной лазерной среды до строго определенного уровня. Как только превы шается пороговое значение лазерной накачки, в подготовленной среде лавинообразно нарас тает вынужденное, а не спонтанное, излучение на строго определенной длине волны. Тогда скачком возникает лазерная генерация узконаправленного почти монохроматичного луча, яр кость которого на генерируемой длине волны в миллионы раз превышает яркость любого тра диционного источника света. Лазерная генерация есть результат самоорганизации активной среды при выполнении трех перечисленных выше условий: открытости системы, снабжаемой извне энергией, ее крайней неравновесности и превышения порога вводимой в среду энергии.

Другой подход к математическому описанию физических процессов, сопровождаемых раз рывами функций (скачками), разработал Р.Том, использовавший топологическую теорию ди намических систем. Им созданы основы теории, получившей название теории катастроф. Су щественный вклад в последующее развитие этой теории сделал В.И.Арнольд, благодаря чему стали возможными некоторые важные ее практические приложения. Содержание теории и практические приложения изложены в книге Арнольда [15], предназначенной для нематема тиков. Катастрофами называют скачкообразные переходы, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. Соответственно, теория катастроф дает универсальный метод исследования любых скачкообразных переходов, разрывов, вне запных качественных изменений. Самоорганизация – это одно из типичных проявлений по добных событий. Сегодня теория катастроф успешно решает задачи, связанные с определени ем предельной прочности конструкций, с протеканием циклических химических реакций типа реакций Белоусова – Жаботинского, с поведением волновых фронтов. Однако, серьезные трудности возникают при попытках приложения этой теории к биологическим объектам и социальному сообществу людей. Перспективы теории на будущее в [16] оцениваются так:

“В непосредственном будущем лишь физические науки извлекут из нее (из теории катаст роф, Р.Р.) действительную выгоду, поскольку они имеют дело с «простыми» системами, в крайнем случае, со «статистически простыми» системами неорганизованной сложности. Орга низованная сложность биологии представляется наиболее вероятным объектом изучения на следующем, «промежуточном» этапе, но здесь уже может понадобиться вся теория динамиче ских систем (имеющая теорию катастроф лишь малой, хотя и существенной составляющей).

Организованная сложность социальных систем вряд ли будет хорошо понята, пока мы не ос воимся как следует с биологическими системами”.

Оба рассмотренных подхода к новому научному направлению (синергетика и теория ката строф) не используют термодинамические представления, поскольку классическая термоди намика имеет дело с изолированными равновесными системами, в которых самоорганизация себя не проявляет. Между тем, термодинамический подход добавляет новые детали, важные для понимания проблемы, поскольку самоорганизация тесно связана с необратимыми процес сами, доминирующими во Вселенной. Выяснилось, что именно необратимые процессы игра ют конструктивную роль в развивающихся открытых неравновесных системах, иначе говоря, в самоорганизующихся системах.

. Основоположник новой термодинамики бельгиец Илья Пригожин, удостоенный Нобелев ской премии по химии, в своей Нобелевской лекции формулирует проблему так:

В теоретической химии и физике возникло новое направление, находящееся в самом на чале своего развития, в котором термодинамические концепции будут играть еще более важ ную роль... Чтобы разработать термодинамику самоорганизующихся структур необходимо показать, что неравновесие может быть причиной порядка. Оказалось, что необратимые про цессы приводят к возникновению нового типа динамических состояний материи, названных мною диссипативными структурами [8]. Под термином «диссипативная структура» Приго жин подразумевает образование некоторой формы супермолекулярной организации, возни кающей в результате коллективных действий элементов системы.

С изложением основных идей неравновесной термодинамики, решенных и нерешенных проблем можно ознакомиться в [8], основательное изложение теории дано в книге [13]. Но для нашей темы наибольший интерес имеют идеологические аспекты теории, излагаемые в [17,18]. Как отмечалось выше, чтобы система могла создавать и поддерживать упорядочен ность, она должна быть открытой и получать энергию извне. Оказывается, весь доступный нашему познанию Мир состоит только из таких систем, в развитии которых прослеживаются два взаимосвязанных этапа, описание которых дано выше.. В развиваемой Пригожиным тео рии определены критерии, при которых диссипативная система теряет устойчивость, и пред сказывается возможное достижение ею качественно новых состояний при скачкообразном выходе из кризиса. Скачок протекает в форме гигантской коллективной флуктуации, при ко торой многочисленные элементы системы ведут себя согласованно, хотя перед этим их взаи модействие носило хаотический характер.

Представить себе гигантскую коллективную флуктуацию, возникающую в момент скачка, поможет известное в гидродинамике явление, получившее название ячеек Бенара. Если по догревать снизу сосуд, в котором находится жидкость, обладающая необходимой вязкостью, то в его вертикальном сечении образуется перепад температур, вследствие чего возникают хаотичные конвективные потоки. Но как только интенсивность подогрева нижнего слоя жид кости превысит определенное для данной системы пороговое значение, вертикальные потоки скачком перестраиваются и образуют хорошо организованные замкнутые циркулирующие структуры, демонстрирующие высокую степень упорядоченности. Сверху это выглядит так, как будто поверхность жидкости имеет регулярную ячеистую структуру. Картина устойчиво сохраняется все время, пока снизу продолжается подогрев с постоянной интенсивностью. В рамках классических представлений вероятность организации миллиардов и миллиардов мо лекул жидкости с образованием шестиугольных ячеек Бенара определенного размера практи чески равна нулю, а если бы даже такое состояние случайно возникло, то упорядоченные структуры сразу после этого распались бы. Но эффект реализуется, он надежно воспроизво дится и устойчиво сохраняется, если поддерживаются необходимые условия. Организованное поведение участников эффекта возможно благодаря поступлению извне необходимой для это го энергии. Статистические законы здесь явно не работают, и для объяснения феномена при влекается, в частности, неравновесная термодинамика.

Одна из проблем, которую необходимо решить в рамках неравновесной термодинамики – это проблема необратимости времени. Самоорганизация не подчиняется статистическим за конам, формально на нее не распространяется действие второго начала термодинамики, из которого вытекает необратимость времени. Но при протекании скачка в явном виде обнару живается стрела времени: процесс скачка невозможно повернуть вспять. Сложность про блемы в том, что второе начало опирается на эмпирическую основу и его универсальная сущ ность предполагается, но ничем не подтверждается. В равновесной термодинамике оно полу чено при изучении процессов в системах, подчиняющихся статистическим законам.

Второе начало имеет несколько разных, но эквивалентных определений. Для простоты вы берем формулировку, предложенную одним из основоположников термодинамики Клаузиу сом: невозможен процесс, единственным результатом которого был бы переход теплоты от тела с данной температурой к телу с более высокой температурой. Самопроизвольный пере ход тепла от менее к более нагретому телу действительно никому не доводилось наблюдать.

Ни один здравомыслящий человек не поставит чайник с холодной водой на лед в надежде, что чайник закипит, а лед станет еще холоднее. Если мы захотим отнять у холодного тела какое то количество тепла, то нам придется построить установку типа холодильника, в которой от бор тепла будет осуществляться при расходовании другой разновидности энергии, например, электроэнергии. При этом окажется, что в эквивалентных единицах затраты электроэнергии намного превысят полученное таким способом тепло. Известно также, что любая разновид ность энергии свободно превращается в тепло, но тепло переводится в другие виды энергии неравноценно. Поэтому в закрытых системах любое преобразование одного вида энергии в другой сопровождается невозвратным переходом части энергии в тепло. В конечном счете, все высшие виды энергии переходят в самую низшую разновидность, в тепловую энергию, которая равномерно распределяется между элементами системы, а система приходит к своему самому простому состоянию, к термодинамическому равновесию. Рассматривая этот процесс во времени, приходим к выводу о существовании стрелы времени, указывающей направле ние его необратимого течения.

Физика знает не только статистические, вероятностные законы, порождающие стрелу времени. Классическая механика, например, основывается на динамических законах, описы вающих движение макротел во времени и пространстве. Динамические законы не исключают возможности формального обращения времени. Так, поменяв в уравнениях движения макро тела (например, автомобиля) знаки плюс на знаки минус перед временем и скоростью, полу чим описание движения этого тела по пройденному пути в прошлое и в обратном направле нии. Однако, мы знаем, что даже если автомобиль поедет точно по пройденному пути в об ратном направлении, сидящий за его рулем водитель не станет моложе, время продолжит свой неумолимый бег вперед. В процессах самоорганизации работают законы, имеющие динами ческую природу, но при этом время назад не обращается. Почему же не удается распростра нить второе начало и на динамические процессы самоорганизации, придав ему универсаль ный характер? В своей Нобелевской лекции [8] Пригожин выделил одну из основных причин, мешающих такому распространению – эмпирический характер этого начала. Из возникшего затруднения он предлагает выйти самым простым путем, разрубив гордиев узел. По его мне нию необходимо признать второе начало фундаментальным принципом природы и постули ровать его универсальность, как, например, постулируется невозможность превышения ско рости света. Тем самым приложимость второго начала к неравновесной термодинамике будет узаконена. По словам Пригожина разработка новой научной дисциплины – неравновесной термодинамики – находится в начальной стадии. Создан ее математический аппарат, но, как и в случае Синергетики, пользоваться им не просто.

Подводя итоги рассмотрения нового научного направления, можно сказать следующее.

Вопреки не вполне компетентным высказываниям, что синергетика – не наука, а скорее фило софия, убедительные факты говорят о том, что это молодая, но пока еще далекая от заверше ния междисциплинарная наука. Как и у других научных дисциплин, у синергетики есть свой четко определенный предмет изучения, своя методология, она опирается на современное на учное знание, у нее есть ряд вполне реальных приложений. С философией ее связывает то, что, как сказал Волькенштейн, «Синергетика – это новое научное мировоззрение, отличное от ньютоновского мировоззрения». Это очень серьезный фактор, выводящий синергетику на роль общенаучной дисциплины. Но на всем протяжении своего относительно короткого су ществования синергетика сталкивается с серьезными проблемами, которые вызывают броже ние мнений в научных кругах. Здесь не место для анализа ведущихся дискуссий, стоит лишь отметить следующее.

Пока в новом научном направлении действуют, по меньшей мере, три разных подхода, и не видно попыток их объединения. В таких условиях трудно ожидать создания единой теории переходов развивающихся систем в качественно новые состояния. Но основная трудность создания теории, пожалуй, носит принципиальный характер: переходные процессы нелиней ны, поэтому, хотя Хакен в Синергетике и Пригожин в Неравновесной термодинамике написа ли уравнения в рамках создаваемых ими теорий, решение таких уравнений в каждом конкрет ном случае представляет почти непреодолимые трудности. А серьезные критики получают обоснованный повод для утверждения об отсутствии теории, следовательно, и об отсутствии научной дисциплины. Тем не менее, есть основания для оптимизма в отношении будущего синергетики.

В дальнейшем нам предстоит рассмотреть особенности процессов развития систем разного масштаба и степени сложности. Важно при этом проследить общие тенденции того, что мож но назвать историческими путями развития каждой такой системы, характерные качественные переходы на таких путях, особенно в состояния с более высокими уровнями организации, вы явить существование общих тенденций, и на этом основании понять современную естествен нонаучную концепцию развития в Природе. Такую задачу можно решить только одним путем – рассмотрением современной научной картины Мира.

Здесь предстоит учесть следующую особенность. Предметом такого рассмотрения являет ся исторический путь развития вещественной Вселенной, как этот путь представляется на ос новании наиболее продвинутой современной научной гипотезы ее образования и последую щего развития. На определенных этапах развития Вселенной возникали рождаемые в ее не драх подсистемы, что привело к образованию наблюдаемой в наши дни иерархии разномас штабных подсистем. Каждая подсистема является неотделимой частью Вселенной, но при этом обладает определенной автономией в индивидуальном развитии. Иерархию систем сле дует рассмотреть вплоть до Солнечной системы, планеты Земля, возникшей на ней биосферы, породившей на планете Разум и социальное сообщество людей – носителей разума.

2. САМООРГАНИЗАЦИЯ ВЕЩЕСТВА В РАННЕЙ ВСЕЛЕННОЙ 2.1. Гипотеза о «начале» вещественной Вселенной Наблюдательное открытие расширения Вселенной к 1930 году, в частности, утвердило представление о ее «рождении» и последующем историческом развитии. В новых условиях перед космологией встала непростая задача реконструировать прошлое вещественной Все ленной, опираясь на современные астрономические наблюдения и на научные знания сего дняшнего дня, способные осуществить решение подобной нетривиальной задачи. Первый и наиболее трудный вопрос – каков был Мир, породивший вещественную Вселенную, как про текало начало ее рождения.

Иногда всерьез понимают заявления некоторых космологов, что Вселенная родилась из ничего. Так, Зельдович Я.Б. дал такой броский заголовок одной из своих последних популяр ных статей: «Возможно ли образование Вселенной “из ничего”?» [20]. Но термин “из ничего”, кстати, взятый в кавычки, не следует понимать буквально, за ним скрывается глубокий смысл.

В статье речь идет о том, что нет препятствий к квантовому рождению Вселенной со стороны основных законов сохранения, таких как сохранение электрического заряда или сохранения энергии – массы. В послесловии к этой статье А.Д. Сахаров писал: “Зельдович ставит задачу построения полной космологической теории ранней Вселенной, описывающей самую первую, «квантово-гравитационную» стадию расширяющейся Вселенной, отвечающей на вопрос – как возникли качественные и количественные особенности строения Вселенной, проявляющиеся на более поздней стадии, почему Вселенная именно такая, какой мы ее наблюдаем”. И далее:

“Пока мы лишь приближаемся к пониманию всех этих самых фундаментальных вопросов о Природе. Есть много идей, много надежд, проделана и делается колоссальная работа, но, ве роятно, еще гораздо больший путь впереди, может быть бесконечный”.

Согласно современным научным взглядам, термин «из ничего» заменяется исходной фи зической средой, каковой является квантовый (физический) вакуум. Когда-то вакуумом на зывали абсолютную пустоту. Еще древнегреческий философ Демокрит утверждал, что Мир состоит из атомов и пустоты. По его представлениям пустота – это существующее ничто, абсолютно однородное пространство, разделяющее тела, а внутри сложных тел отделяющее атомы друг от друга. Современная физика сохранила этот термин, полностью изменив его со держание. Не вдаваясь в излишние подробности, физический вакуум следует считать базовой формой материи в нашем Мире, отличной от другой формы материи, называемой веществом.

Приходится согласиться, что появление вещественной Вселенной произошло в рамках уже существовавшей Вселенной в общем понимании этого термина. В ней, возможно, не было вещества в свободном состоянии, но господствовала темная энергия, входящая в качестве ос новного компонента в физический вакуум. Эта субстанция и была тем исходным состоянием материи, из которого смогла возникнуть вещественная Вселенная. Таким образом, в принципе решается вопрос, откуда произошла такая Вселенная. Но пока нет ответа на следующий во прос – какова природа базовой субстанции нашего Мира, каковы формы ее существования и при каких условиях она способна порождать вещественный мир.

Другой трудный вопрос «начала» - каково происхождение гигантской энергии, необходи мой не только для «рождения» вещественной Вселенной, но и для дальнейшего поддержания процессов ее развития вплоть до наших дней, также в принципиальном плане нашел решение в результате открытия действующих в Природе сил отталкивания. Источник такой энергии – то, что получило название антигравитирующего вакуума, включающего в свой состав основ ную часть - темную энергию. Пока астрономические наблюдения позволяют судить о такой энергии в ее «катастрофических» проявлениях: в квазарах, взрывах Сверхновых, в образую щихся черных дырах, в мощнейших гамма-всплесках и других подобных событиях.

Один из ярких примеров действия в нашей Вселенной огромной энергии произошел марта 2003 года, когда в созвездии Льва был зарегистрирован мощнейший космический гам ма-всплеск. Сразу же был обнаружен объект, создавший такой выброс – в видимой области спектра появилась сверхновая звезда. Но при этом гамма-вспышка превосходила все, что на блюдалось до этого. По красному смещению в спектре расстояние до источника определено более чем в 2 миллиарда световых лет. В оптическом диапазоне объект светил ярче несколь ких сотен миллиардов солнц. По мнению астрофизиков обнаруженная гамма-вспышка явля ется самым грандиозным событием после Большого Взрыва. Однако, механизмы таких явле ний будут поняты лишь после того, как наука выяснит характер взаимодействия темной энер гии с веществом.

В недавнем прошлом о начале вещественной Вселенной пытались судить на основании то го, что дает нестационарное решение уравнений ОТО, позволяющее обернуть для нашей Все ленной время назад, к началу ее расширения. Это решение, описывающее динамику развития Вселенной на всем протяжении ее истории, дает в исходном состоянии сингулярность. Фор мально сингулярность означает, что расширение началось из состояния, в котором вещество было стянуто в безразмерную точку, где его плотность была бесконечно большой. Известные законы физики в сингулярности не работают. Более того, нет уверенности, что наука когда либо познает и объяснит состояние вещества в сингулярности. Так что если сингулярность на самом деле является исходным состоянием расширяющейся Вселенной, то наука не распола гает, и не будет располагать о нем никакой информацией.

Сингулярность, как исходное состояние расширяющейся Вселенной, порождает комплекс нерешаемых проблем. Сингулярности, - пишет английский физик С.Хокинг, один из тех, кто успешно развивает новую космологию [21], - это такие точки, где кривизна пространства и времени становится бесконечной и сами понятия пространства и времени теряют всякий смысл. Таким образом, помимо проблемы бесконечной плотности вещества (или эквива лентной ему энергии) в сингулярности возникает еще одна проблема – необходимость опре деления свойств пространства-времени в экстремальных состояниях. В сингулярности беско нечно большая плотность вещества порождает не просто замыкание, а полное разрушение пространственно-временного континуума. Именно так следует понимать приведенное выше высказывание Хокинга. А это означает, что до рождения Вселенной не было ни пространства, ни времени в нашем сегодняшнем понимании этих терминов. Такое нам трудно представить, но это не единственная трудность, которую мы встречаем при попытке познать таинственную развивающуюся Вселенную.

Возникает веское возражение, согласно которому сингулярность необоснованно распро странена классической теорией, каковой является ОТО, на область, в которой неприемлемы ее исходные предпосылки. Исходная область является зоной, в которой господствуют квантовые процессы. В таких ситуациях следует принимать во внимание не только состояние вещества, но и состояние фона, каковым является физический вакуум вместе с темной энергией. В экстремальных положениях он плотно взаимодействует с вещественным микромиром. Со гласно квантовым представлениям, вещество невозможно стянуть в безразмерную точку, это противоречит принципу неопределенности Гейзенберга. Этот принцип прямо вытекает из дуа лизма корпускулярных и волновых свойств вещества. Волна обязана быть размерной субстан цией, иначе она перестает существовать. Это же обстоятельство приводит к заключению, что в Природе обнаруживается предельно допустимая плотность вещества, превысить которую, а тем более сделать бесконечной, невозможно. Макс Планк вычислил эту плотность, она равна очень большой, но конечной величине, а именно 1094 г/см3 (планковская плотность).

Далее выдвигаются различные предполагаемые сценарии, описывающие «начало». Рас смотрим сценарий, подтолкнувший Алана Гута к выдвижению идей, которые составили осно ву инфляционной теории, предположительно описывающую самую начальную стадию «рож дения» вещественной Вселенной.

Допускается, что исходный квантовый вакуум оказался в возбужденном состоянии, обла дая предельно высокой плотностью энергии, порядка 1019 Дж/см3. В таких условиях вещество не могло находиться в свободном состоянии, а при отсутствии вещества не мог существовать пространственно-временной континуум. Следствием такой высокой плотности энергии стали возникшие сильнейшие отрицательные натяжения, создававшие эффект космического оттал кивания, что можно трактовать как кратковременное господство антигравитации. Такая си туация стала причиной возникновения первотолчка, вызвавшего стремительное раздувание Вселенной. В этой фазе Вселенная соответствовала модели де Ситтера, выведенной им из об щей теории относительности в предположении заполнения пространства газообразной средой, не содержащей вещество (1916 г.). Такой средой был исходный физический вакуум, вклю чающий субстанцию под названием темная энергия. По расчетам гигантское отталкивание в 10120 раз превосходило силы, которые способны были удерживать систему в стационарном состоянии. Возникло экспоненциальное расширение пространства, длившееся очень короткое время, от 10-43 секунды после начала и до примерно 10-35 секунды. За этот короткий миг про странство распространилось на расстояние, которое на много порядков превышает современ ный радиус видимой Вселенной. К концу фазы раздувания Вселенной возбужденное состоя ние квантового вакуума спало, что привело к прекращению действия отрицательных натяже ний и снижению сил отталкивания почти до нуля. Изменения, произошедшие в период экспо ненциального раздувания, подготовили условия для протекания последующих периодов ран него этапа развития вещественной Вселенной.

При всех трудностях, с которыми пока еще сталкивается эта не до конца завершенная ин фляционная теория, она решила ряд космологических проблем, которые до этого не поддава лись объяснению. Так, установлено, почему кинетическая энергия возникшего вещества точ но равнялась гравитационной энергии. Соответственно тем самым объясняется и тот факт, что современная плотность вещества во Вселенной равна критическому значению плотности.

Теория объясняет факт высокой крупномасштабной однородности вещества Вселенной, ре шает проблему плоскостности (в пространстве проявляется евклидова геометрия), объясняет факт отсутствия в нашем мире реликтовых монополей, решает проблему горизонта событий (А. Линде [23]). Совсем неплохо для незавершенной теории. Ее разработка успешно продол жается, и она показывает, что именно в этот период были заложены основания будущих форм Вселенной сегодняшнего дня.

Выдающуюся роль инфляционной теории в описании самого начального периода возник новения вещественной Вселенной П.Девис оценивал так: «Хотя инфляционный сценарий раз работан только частично и всего лишь правдоподобен, не более, он позволил сформулировать ряд идей, обещающих безвозвратно изменить облик космологии… Первичный взрыв, в кото ром возникло то, что мы называем Вселенной, отныне перестал быть загадкой, лежащей за пределами физической науки». В самое последнее время получены подтверждения ряда ее предсказаний последними наблюдательными астрономическими данными.

В описании последующей стадии активная роль принадлежит Теории Великого Объедине ния (ТВО). Еще на предыдущей стадии появилось локальное субатомное образование, в кото рое из недр квантового вакуума перешла огромная энергия в форме излучения. Эта энергия преобразовалась в частицы вещества и антивещества при температуре не ниже 1027К с плот ностью порядка 1080 г/см3. Такое образование стало зародышем вещественной Вселенной. Не исключают, что подобных «зерен» возникло множество, что образно описывают вскипанием вакуума. Частицы стали предшественниками известных нам сегодня элементарных частиц, но в тех условиях они представляли собой самую простейшую разновидность вещественной ма тери. Одновременно с веществом возникли пространство и время. Именно процесс появления вещества вместе с пространственно-временным континуумом получил название «Большой Взрыв», придуманное ироничным физиком Хойлом. Но это не был взрыв, который наблюда ется в земных условиях. Его отличало то, что отсутствовал разлет возникших частиц из некое го центра, но появилось расширение пространства, в котором сосредоточилось вещество, и это расширение увеличивало расстояние между частицами, воспринимаясь как расширение исходного сгустка. Такая форма расширения существует и в наши дни, разбегаются не галак тики, а растет расстояние между ними из-за расширения пространства.

Следующие шаги самоорганизации расширяющейся Вселенной связаны с нарастающим усложнением вещества микромира, их рассмотрение потребует знакомства с современными представлениями о строении вещества. Сделаем краткое отступление от темы в эту область современного знания.

2.2 Научные представления о строении вещества в сжатом изложении.

Современные научные представления о строении вещества развиваются скоротечно. Про гресс в этой области знаний оперативно освещается в научно-популярной литературе. Из об ширнейшего библиографического списка сошлюсь на две книги, достаточно полно и попу лярно отражающие как достигнутый уровень знаний о строении вещества, так и проблемы, стоящие перед соответствующими разделами физики [24, 25]. Ссылка не умаляет достоинства многих других научно-популярных источников, посвященных данной тематике. Я же ограни чусь приведением того минимума сведений, без которого понимание последующего содержа ния книги будет затруднительным.

Вещество, одна из известных нам форм существования материи, воспринимается наблю дателем либо как реальное поле, либо как реальная корпускулярная частица. За обоими этими восприятиями стоит одна сущность, по-разному проявляющаяся в зависимости от условий наблюдения. Это основополагающее свойство вещества называют дуализмом волновых и кор пускулярных свойств, в нем выражено важнейшее представление современной физики. На языке формул дуализм отражают два кратких, но весомых соотношения. Это уже упоминав шееся уравнение эквивалентности энергии и массы: Е = mc2 и уравнение, связывающее мас су m с длиной волны поля, соответствующего частице с этой массой: = h /mv, где h – постоянная Планка (h = 6,6261034 Джс), v – скорость частицы.

Масса частицы есть величина постоянная, если скорость ее движения много меньше ско рости света. Иногда ее называют массой покоя mо. Но при больших скоростях, соизмеримых со скоростью света, масса частицы возрастает и тем сильнее, чем ближе скорость частицы к скорости света. В этом случае масса выражается соотношением m = mo + m, где m - реляти вистская поправка к массе покоя. Вкладом этой поправки нельзя пренебрегать, если скорость частицы v превысит значение, составляющее более 20% от скорости света (с 300000 км/ с).

Среди других характеристик частицы специфическая роль отводится спину. В классиче ской механике понятие спин определяет величину момента количества движения, что харак теризует вращение тела, например, волчка. Но буквальный перенос этого понятия на микро частицу теряет смысл, поскольку элементарные частицы невозможно представить вращаю щимися миниатюрными волчками. В квантовой физике спин интерпретируется как внутрен няя степень свободы частицы, обеспечивающая ей дополнительное физическое состояние. К таким интерпретациям квантовой физикой классических понятий, быть может нелегко при выкнуть, но и микромир ведь невозможно уложить в макроскопические представления. В от личие от классического момента количества движения, который может принимать любые зна чения в их непрерывной последовательности, спин принимает только положительные дис кретные значения, пропорциональные постоянной Планка h. Коэффициент пропорционально сти называют спиновым квантовым числом, которое у частиц одного сорта принимает цело численные значения (0, 1, 2,...), а у частиц другого сорта – полуцелые значения (1/2, 3/2...).

Для краткости спиновое квантовое число стали называть просто спином, держа при этом в уме второй сомножитель, входящий в это понятие – постоянную Планка.

Другая форма проявления вещества – поле. Понятие поля родилось из наблюдений того, что вещественные частицы и тела способны оказывать определенные воздействия друг на друга, не вступая в прямой контакт, то есть дистанционно. Наука пока не дает ответа на во прос, почему вещество обладает такими свойствами, но на основании известных фактов она способна частично ответить на вопрос, как осуществляются конкретные дистанционные взаимодействия. Различают четыре фундаментальные разновидности дистанционных взаимо действий, о которых мы поговорим чуть позже. Каждое из таких взаимодействий осуществля ется присутствием у вещественного объекта необходимых способностей, что выражают нали чием у объекта одного или нескольких разновидностей зарядов. Заряд – это мера присущей данному объекту способности к одному из таких взаимодействий. Пространство, на которое распространяется действие заряда, называют полем данного заряда. Неподвижный заряд рас пространяет свое действие на определенную область, и радиус такой области у каждого типа заряда свой. Вне этой области взаимодействие между объектами, обладающими однотипными зарядами, невозможно. А перенос взаимодействия в занимаемом полем пространстве в каж дом случае осуществляется связанными с полем особыми вещественными частицами. Дви жущийся заряд порождает волну, которая несет определенную энергию через пространство.

В физике поле характеризуется специфической формой распределения материи, когда в каждой точке пространства-времени существует определенное численное значение параметра, характеризующего эту материю. Для поля неподвижного заряда параметр – значение напря женности или потенциала, движущееся поле (волна) описывается длиной волны, амплитудой, фазой и их изменениями во времени.

Свойства и поведение частиц существенно зависят от того, целое или полуцелое значение имеет спин. Так, частицы с полуцелыми значениями спина могут находиться в одной и той же микросистеме (например, в атоме, молекуле и других) лишь при условии, что их физические состояния не одинаковы. Физическое состояние микрочастицы определяется всем набором характеризующих ее параметров. Если у двух микрочастиц отличен хотя бы один из этих па раметров, то их физические состояния считаются неодинаковыми, они могут сосуществовать в одной микросистеме. Невозможность двух частиц с полуцелыми спинами, находящихся в одинаковых состояниях, пребывать вместе, является законом квантовой физики, носящим на звание запрета Паули. Частицы с полуцелыми значениями спина выделены в отдельную груп пу, их называют фермионами в честь известного физика Ферми. А вот частицы с целочислен ными значениями спина могут находиться вместе в неограниченном количестве, независимо от их физического состояния. На них запрет Паули не распространяется. Такие частицы выде лены в другую группу и названы бозонами, в честь другого крупного физика Бозе.

Разделение микрочастиц на две группы с непохожими свойствами имеет далеко идущие последствия. Так, поля фермионов всегда остаются квантованными и в классическом пределе, иначе говоря, при переходе от микромира к макромиру, наблюдатель регистрирует их как частицы атомарного вещества. Например, электрон, являющийся фермионом (его спин равен 1/2), в классическом пределе выступает как истинная частица, хотя и обладает волновыми свойствами. То же можно сказать и о протоне, нейтроне и других частицах-фермионах. Поля же бозонов в пределе переходят в классические поля. Например, фотон имеет спин, равный 1, он принадлежит к классу бозонов. В классическом пределе фотоны становятся электромаг нитным полем, в зависимости от длины волны это будет свет, радиоволны или другие разно видности электромагнитных излучений. Так что разделение микрочастиц на фермионы и бо зоны создает важнейшую предпосылку для реализации привычного нам мира, в котором со существуют атомарное вещество (фермионы) и излучения (бозоны).

Представления о строении вещества складываются на основе того, как наука отвечает на два принципиальных вопроса, возникающих при знакомстве с микромиром. Первый вопрос:

каковы самые элементарные частицы, из которых образуются последующие более сложные блоки вещества? Второй вопрос: какова природа и характер взаимодействия между частица ми, заставляющего их при определенных условиях объединяться в блоки?

Таблица 2. Класс Эл. Масса Время час- Частица Спин заряд МэВ/ с2 жизни, тиц Усл.ед. с Электрон стабилен 1/2 -1 0, Мюон 210- 1/2 -1 ЛЕПТОНЫ Тау-лептон 1,8103 310- 1/2 - Нейтрино:

е стабилен 1/2 0 ?

стабилен 1/2 0 ?

стабилен 1/2 0 ?

u 1/2 2/3 d 1/2 -1/3 s 1/2 -1/3 КВАРКИ 1, c 1/2 2/ b 1/2 -1/ t 1/2 2/3 Примечание: масса 1 МэВ/с2 = 1,78310- 27 г Давняя интуитивная убежденность многих философов в том, что наблюдаемое разнообра зие известного нам Мира есть результат комбинаций небольшого числа основополагающих элементов, казалось бы, получила подтверждение после экспериментального установления факта существования атомов. Но сразу же выяснилось, что атом сложен. Поиск элементарных основ вещества был перенесен на более глубокий уровень, на атомное ядро и составляющие его частицы, которые назвали нуклонами. Это протон и нейтрон. Однако, как выяснилось, и они не элементарны. К настоящему времени вырисовывается иерархия уровней микромира.

Известны четыре уровня этой иерархии: молекулярный, атомный, нуклонный и кварковый. За молекулярным уровнем проходит граница между микромиром и макромиром. Что же касается движения вниз по обозначенной иерархической цепочке, то, видимо, где-то за кварковым уровнем проходит граница между микромиром и вакуумом. Каждый из упомянутых уровней микромира качественно отличается от всех других, его характеризуют иные свойства и иные законы поведения соответствующих частиц. Одним словом, иерархия уровней – это не набор матрешек, вставляемых одна в другую и отличающихся только размером.

Поиск самых простых, основополагающих элементарных частиц вещества привел иссле дователей к пониманию того, что абсолютная элементарность не существует, что частицы любого уровня бесконечно сложны и по своей сущности, и в своих проявлениях, они неотде лимы от других физических реальностей, в числе которых особая роль принадлежит фону – физическому вакууму. Условно принято считать элементарными те частицы, у которых сего дня не обнаруживается внутренняя структура, а их размер недоступен измерению, то есть, не превышает 10 –15 см.

Известны три класса таких частиц: лептоны, кварки и бозоны. Частицы первых двух клас сов являются фермионами, из них формируется атомарное вещество. Бозонным частицам от водится особая роль, сущность которой станет ясна в дальнейшем. Класс лептонов состоит из шести частиц и шести античастиц. Лептонные частицы и их основные параметры приведены в таблице 2.1. Античастицы отличаются от соответствующих частиц зарядами противополож ного знака и некоторыми особенностями, по-видимому, сыгравшими ключевую роль в разви тии Вселенной. Лептоны играют важную роль в структуре Мира. Особенно велико значение электрона и нейтрино. Но лептоны не участвуют в образовании ядерных частиц, нуклонов, и в процессах, называемых сильным взаимодействием.

Класс кварков, как и класс лептонов, содержит шесть типов частиц и столько же типов ан тичастиц. Физики назвали каждый тип кварков ароматом, но этот термин, относящийся в нашей повседневной жизни к сфере обоняния, означает в данном случае квантовое число, оп ределяющее принадлежность кварка к одному из шести известных типов. Ароматы обознача ются первыми буквами английских слов, принятых в качестве их названий. Обозначения и названия первых трех ароматов выглядят так: u (up);

d (down);

s (strange). Кварки этих арома тов создают частицы-нуклоны, из которых затем образуются ядра атомов. Роль кварков ос тавшихся трех тяжелых ароматов выглядит не столь важной, но такое впечатление, возможно, связано с нашим недопониманием их истинного предназначения. Основные характеристики кварков представлены в таблице 2.1. Антикварки обозначаются теми же символами с чертой над ними.

Приведенные в таблице массы кварков получены расчетным путем по данным экспери ментов на ускорителях. Кварки – электрически заряженные частицы. Однако, и в этом про явилась их первая особенность, электрические заряды кварков имеют дробные значения по отношению к заряду электрона (-1) или протона (+1). Это открытие явилось сюрпризом для ученых, ведь существовало твердое убеждение, основанное на экспериментальных данных, что заряд электрона (протона), условно принимаемый равным 1, – наименьший существую щий в природе электрический заряд. Обнаружение дробных значений заряда стимулировало их более тщательный поиск в нашем окружении. Экспериментаторам удалось довести точ ность измерений до фантастически высокого значения, но никаких признаков существования свободных дробных зарядов не было обнаружено. Не удалось обнаружить в свободном со стоянии и самих носителей дробного заряда – кварков. Между тем никаких сомнений в суще ствовании частиц, названных кварками, внутри нуклонов, как и присущих им дробных элек трических зарядов, быть не может. Еще в 1969 году кварки (их первоначально назвали парто нами) были обнаружены внутри нуклонов в экспериментах на линейном ускорителе электро нов в Стэнфорде (США). За это открытие экспериментаторам Дж. Фридману, Г. Канделлу и Р.Тейлору присуждена Нобелевская премия по физике в 1990 году. В последующих экспери ментах, выполненных в 1982 году, Х.Штермер, Цун и Р. Лафмен, подтвердили существование в природе дробного электрического заряда. За это открытие им присуждена Нобелевская пре мия по физике в 1998 году. В наше время кварки и антикварки группируются либо по две, ли бо по три частицы, образуя составные частицы, получившие наименование адронов. Кварки – вечные пленники составных частиц, это – принципиальное свойство вещества на микроуровне кварков. Но при чрезвычайно высоких температурах кварки могут существовать в свободном состоянии.

Адроны подразделяются на три группы. Первая – барионы – образуется частицами, со ставленными комбинациями из трех кварков. В эту группу входят протон и нейтрон, фунда ментальная основа атомных ядер. Вторую группу составляют частицы, основа которых – со четание кварка и соответствующего антикварка. Эти частицы названы мезонами. Еще одна группа содержит частицы, образуемые сочетаниями трех антикварков. В нее попадают анти протон и антинейтрон, составляющие антивещество. В приведенной стройной схеме обнару живается принципиальный дефект. Кварки, как фермионы, не могут участвовать в построении составной микросистемы, если одинаковы их физические состояния. В частности, составная частица не должна содержать кварки одного аромата. А в барионных и антибарионных обра зованиях это железное правило нарушается. Например, протон образуется комбинацией квар ков, в символах записываемой так: uud. А нейтрон, соответственно udd. В обоих примерах в составе сложной частицы присутствуют пары кварков одного аромата. Допустить мысль, что запрет Паули не выполняется, ученые не могли. Поэтому было выдвинуто предположение, к счастью вскоре подтвержденное экспериментально, что кварки одного аромата не идентичны, они различаются характером взаимодействия между собой. Это означает, что для полного описания физического состояния кварка следует ввести еще одно квантовое число, учиты вающее взаимодействие между кварками одного аромата. Такое число остроумные физики назвали цветом. Как аромат не имеет ничего общего с запахом, так и цвет не имеет отно шения к раскраске картинок цветными карандашами. Таким образом, выяснилось, что кварки одного аромата не идентичны, их там три разновидности, три цветовых оттенка. Принцип Паули поколебать не удалось.

При объединении кварков и/или антикварков в адроны должны выполняться два непре менных условия. Первое условие уже упоминалось нами: суммарный электрический заряд объединенных в адроне кварков должен быть целочисленным. Второе условие требует бес цветности адронов. Так, три кварка, образующие барион, должны обеспечит суммарный электрический заряд составной частицы кратный единичному электрическому заряду. Но ба рион не должен проявлять способности к сильному взаимодействию, цветовые заряды трех кварков должны взаимно компенсироваться. Это напоминает точную компенсацию положи тельных электрических зарядов ядра и отрицательных зарядов электронов при их объедине нии в атом*). Более подробную информацию о кварках читатель найдет в [26].

Нам остается рассмотреть современные представления о фундаментальных силах взаимо действия между частицами. Это силы гравитационного, электромагнитного, слабого и сильно го взаимодействия. Четыре силы взаимодействия выше упоминались при описании полей, они представляют собой присущую материи способность к дистанционным взаимодействиям.

Как было отмечено, чтобы вещественная частица проявила способность к тому или иному ви ду фундаментального взаимодействия с другими частицами, необходимо, чтобы ей был при сущ заряд (или заряды) определенной разновидности. Между собой взаимодействуют только заряды одного типа, а заряды разных типов друг друга не замечают. Наименьшее дискрет ное значение заряда (квант) называют единичным зарядом. Все другие значения зарядов бу * Силу, объединяющую барионы в атомное ядро, называют ядерной силой. До открытия кварков и цветового взаимодействия эту силу считали фундаментальной. Теперь ядерная сила рассматривается как отголосок новой фундаментальной сущности - цветовой силы.

дут кратными единичному заряду. Сила взаимодействия во всех случаях пропорциональна произведению зарядов двух частиц, вступивших во взаимодействие. Более сложно она зави сит от расстояния между частицами. Коэффициент пропорциональности при взаимодействии единичных зарядов на единичном расстоянии между ними называют константой взаимодей ствия данного вида.

По современным представлениям передача воздействия одного тела на другое происходит с конечной скоростью, которая не может превышать скорости света. Это прямое следствие того, что взаимодействие частиц осуществляется через среду, то есть через вакуум, а в пере даче взаимодействия должен участвовать некий посредник. При разработке теории взаимо действий используют определенную модель процесса: частица обладает зарядом, который создает вокруг нее поле, порождающее присущие ему частицы-бозоны;

по своей природе поле близко тому, которое физики приписывают вакууму. Можно сказать и так, что заряд частицы возмущает вакуум, и это возмущение с определенным затуханием распространяется в нем.

Частицы возникающего в вакууме поля являются виртуальными, они существуют очень ко роткое время и прямо в эксперименте не обнаруживаются. Оказавшись в радиусе действия своих однотипных зарядов, две реальные частицы начинают стабильно обмениваться вирту альными бозонами: одна частица испускает бозон и тут же поглощает идентичный бозон, ис пущенный частицей – партнером, и наоборот. Обмен бозонами создает эффект притяжения или отталкивания частиц-хозяев. Характерные признаки четырех фундаментальных взаимо действий, сведения о частицах-посредниках переносящих соответствующие воздействия меж ду частицами, приведены в таблице 2.2 [27].

Непосредственная связь вакуума с веществом на его глубинных уровнях проявляется в форме зависимости величины зарядов и их свойств от состояния и структуры вакуума. Так, экспериментально обнаруживаемая поляризуемость вакуума под действием электрического заряда создает экранировку последнего и снижает наблюдаемое эффективное значение заряда Таблица 2. Переносчики Силы ме взаимодействия Сила Радиус жду оди Взаимо- отно- Наимено дейст- Частицы наковыми действие сит. вание час- Масса вия частица ед. ГэВ/ с тицы ми Сильное малый кварки глюоны 1 0 Электро- большой все с эл. фотоны 1/137 0 магнитное зарядом 10- Слабое малый лептоны векторные и кварки бозоны 50 - 100 10- Гравитаци- большой все гравитоны онное частицы (гипоте- 0 + тично) Примечание: отталкивание;

притяжение.

_ по сравнению с предполагаемым его значением в свободном от вакуума состоянии. Однако, электрический заряд невозможно вычленить из вакуума. Но если сблизить заряженные части цы до расстояний, меньших чем 10–8 см, для чего им надо сообщить огромные энергии, то взаимодействие вакуума с частицами ослабеет и эффективный электрический заряд возрастет.

Можно сказать и так, что на малых расстояниях между частицами возрастает константа элек тромагнитного взаимодействия, тем самым она перестает быть константой. Остается добавить к сказанному, что все известные науке разновидности электромагнитного взаимодействия пе реносятся безмассовой бозонной частицей – фотоном Слабое взаимодействие переносится тремя частицами, называемыми векторными бозона ми: один из них электрически нейтрален, два других имеют соответственно положительный и отрицательный электрический заряд. Эти частицы обладают еще одной странностью – они наделены массой, примерно в 100 раз превышающей массу протона. Из-за такой массы вирту альные векторные бозоны за короткое время своего существования не успевают далеко пере меститься, и слабое взаимодействие ограничено радиусом действия порядка 210–16 см. Отсю да малая вероятность его проявления.

Переносчиками сильного (цветового) взаимодействия выступают безмассовые частицы, получившие название глюонов, что в переводе с английского означает склеивающие бозоны.

Они соединяют (склеивают) кварки и антикварки в адроны. Глюоны представляют собой очень сильный клей, и они вместе с кварками являются вечными пленниками адронов.

Глюоны своеобразные частички, им присуще то, чем не обладают другие бозоны, а именно, часть из них наделена цветовым зарядом, который считался принадлежностью только квар ков. Это сразу меняет поведение таких частиц со своим окружением. Казалось бы, отсутствие массы у глюонов обеспечивает им дальнодействие, если судить по аналогии с безмассовыми фотонами и гравитонами. Но, обладая цветовым зарядом, глюон при удалении от кварка на рушает бесцветность, тем самым вызывая бурную реакцию вакуума, возвращающего беглеца на место. А его место ограничивается радиусом порядка 10–13 см, радиусом атомного ядра.

Из-за таких своих свойств глюоны теряют способность к дальнодействию, а радиус цветового (сильного) взаимодействия ограничивается радиусом ядра.

Фундаментальные взаимодействия – это только часть проявляющихся в нашем Мире взаимодействий.


На переднем крае научного поиска стоит проблема скрытых в глубинах ма терии взаимодействий вакуума с веществом. Например, физики не без основания убеждены, что масса у частиц появляется в результате особой формы их взаимодействия со структурами вакуума. В физических теориях источником, наделяющим элементарные частицы массой, вы ступает предположительно присутствующее в вакууме особое квантовое поле, называемое полем Хиггса. С этим полем связаны частицы, называемые бозонами Хиггса. Массой снабжа ется только элементарная частица – кварк, электрон, векторный бозон. Масса производных частиц, например, протона и нейтрона, в основном определяется кинетической энергией квар ков и глюонов, входящих в состав этих частиц. А масса самих кварков – лишь небольшая до бавка к этому. У поля Хиггса имеются специфические особенности, обсуждение которых име ет смысл проводить специалистам-теоретикам. Однако эти особенности позволят объяснить, почему самые легкие частицы наделены массой, на 11 порядков меньшей массы самых тяже лых частиц, а в свете последних астрономических открытий предполагается, что наблюдения за бозонами Хиггса помогут разгадать загадку темной энергии. Но пока открытие бозона Хиггса не состоялось, само происхождение и величины масс остаются загадкой. Надежды на открытие бозона Хиггса связывают с предстоящими в ближайшие годы завершениями работ по созданию новых высоко энергетичных ускорителей.

За рамками нашего рассмотрения оставлены также наиболее общие и плодотворные идеи современной теоретической физики, такие как симметрия законов природы, спонтанные на рушения симметрии как основа перехода от хаоса к упорядоченности, новые представления о многомерности физического пространства-времени, теория струн, как результат поиска ново го подхода к пониманию структуры вещества на самом глубоком уровне микромира. В дос тупной форме об этом частично рассказывается в [24, 25].

Несколько замечаний о характерных особенностях фундаментальных взаимодействий.

Гравитация – самая слабая из сил, представленных в таблице 2.2. В макромире она проявляет себя тем сильнее, чем крупнее массы взаимодействующих тел. О ее роли в формировании Вселенной уже говорилось, а в микромире она теряется на фоне более могучих сил. Так, сила электростатического отталкивания двух электронов в ~ 41042 раз больше силы их гравитаци онного притяжения. И только при экстремально высокой плотности вещества, то есть при планковской плотности, гравитационные взаимодействия в микромире сравниваются по своей значимости с другими господствующими там силами.

При рассмотрении полевых аспектов своей теории Эйнштейн постулировал, что в качест ве гравитационного заряда выступает эквивалентная масса вещества. Этот заряд создает поле тяготения с присущей ему безмассовой бозонной частицей, названной гравитоном. Экспери ментально обнаружить гравитон при современном техническом уровне крайне трудно, пока он остается гипотетической частицей. К проблеме обнаружения гравитона непосредственно примыкает другая: неравномерное движение массивного тела под действием реальной силы вызывает возмущение собственного гравитационного поля, распространяющегося со скоро стью света в форме гравитационной волны. Из-за ничтожной малости сил тяготения амплиту да волны мала, и обнаружить ее существующими приборами пока не удается. Даже такие грандиозные космические события, как взрыв сверхновой или коллапс массивной звезды по рождают гравитационные волны с амплитудой, лежащей за пределами чувствительности су ществующих регистрирующих приборов.

Тем не менее, в изучении проблемы гравитационной волны и гравитона произошел пред полагаемый прорыв. Началось с того, что в 1967 году Джойселин Белл и Энтони Хьюиш от крыли новые астрономические объекты – пульсары. Это бывшие нормальные звезды, которые после израсходования своего жизненного ресурса сжались до диаметра порядка 10 км, что стало возможным лишь за счет деформации вещества звезды, приведшей к образованию очень плотной упаковки нейтронов. Такая трансформация прекратила дальнейшее сжатие.

Плотность вещества внутри пульсара достигает значения 1015 г/см3 (для сравнения: средняя плотность земного вещества всего 5,52 г/см3). Пульсары очень быстро вращаются, что являет ся следствием их сжатия, а астрофизики умеют очень точно измерять периоды вращения та ких объектов. В 1974 году профессору Принстонского университета Дж. Тейлору и его то гдашнему аспиранту Р. Халси посчастливилось обнаружить уникальный астрономический объект – тесно связанную двойную звезду, оба компонента которой оказались пульсарами.

Такая система в принципе позволяет путем систематических наблюдений за изменениями пе риодов вращения двух гравитационно связанных массивных тел определить наличие (или от сутствие) предсказанного Эйнштейном гравитационного излучения. Положительный резуль тат означал также существование в природе гравитационных волн и гравитонов. Многолетние измерения Халси и Тейлора показали, что наблюдаемое изменение периода обращения, вызы ваемое гравитационным излучением, с высокой точностью совпадает с расчетом, выполнен ным на основе теории гравитационного излучения Эйнштейна. За это выдающееся открытие Халси и Тейлор удостоены Нобелевской премии по физике за 1993 год.

Электромагнетизм – второе фундаментальное взаимодействие. Как и гравитация, оно ха рактеризуется дальнодействием. На заре развития науки об электричестве электрическая и магнитная компоненты этого взаимодействия рассматривались как независимые, не связанные между собой родством. Максвелл доказал, что обе силы – это два проявления единой сущно сти. Так был создан прецедент в науке, показавший, что за внешним различием природных сил может скрываться их глубокая общность. Разработанная Максвеллом электродинамика стала законченной классической теорией электромагнетизма, сохраняющая свое значение и в наши дни.

Современная физика создала более совершенную и точную теорию электромагнетизма, учитывающую квантово-полевые аспекты феномена, что позволило распространить ее и на микромир. Теория названа Квантовой электродинамикой, сокращенно КЭД. Как и классиче ская теория, КЭД постулирует существование электромагнитного заряда, не раскрывая его природы. Заряд создает поле, квантом которого выступает безмассовый бозон, называемый фотоном. Спин фотона равен 1. Электрический заряд проявляется в двух разновидностях: за ряд, присущий электрону, назван отрицательным, а присущий протону – положительным.

Взаимодействие заряженных частиц обеспечивается обменом виртуальными фотонами. В случае разноименных зарядов обмен создает эффект притяжения частиц, а в случае одно именных – отталкивания. Во всех процессах с участием электрических зарядов выполняется закон сохранения суммарного заряда. В рамках КЭД учитывается взаимодействие электриче ского заряда с вакуумом.

Сильные и слабые взаимодействия познавались по мере проникновения науки в микромир с его специфическими закономерностями. Основная функция сильного взаимодействия – со единять кварки и антикварки в адроны, функция слабого взаимодействия обратная, она состо ит в разрушении сложных микрочастиц, если какой-то из входящих в их состав элементов об ладает слабым зарядом. Слабое взаимодействие переводит один фермион в другой, не меняя при этом его цветового заряда. Подобные превращения не проходят безболезненно для со ставных частиц, содержащих слабо взаимодействующие лептоны или кварки, эти образования распадаются, трансформируясь в другие частицы.

Классический пример слабого взаимодействия – процесс бета-распада, в ходе которого свободный нейтрон в среднем за 15 минут распадается на протон, электрон и электронное ан тинейтрино. Распад вызывается превращением внутри нейтрона кварка аромата d в кварк аромата u. Нейтрон становится протоном, но при этом испускается электрон, что обеспечива ет сохранение суммарного электрического заряда, и антинейтрино, чей вылет позволяет со хранить суммарный механический импульс системы. Не следует считать, что электрон и ан тинейтрино содержались внутри нейтрона. В процессах, подобных описанному, имеется еще один полноправный участник – физический вакуум. Именно он выделяет из своей среды те дополнительные частицы, которые необходимы для выполнения основных законов физики в трансформирующейся системе. Процесс бета-распада на одной из ранних стадий развития Вселенной сыграл существенную роль в обеспечении ее преимущественно водородным со ставом.

Полевые представления о слабом взаимодействии выглядят так. Постулируется существо вание фундаментального слабого заряда, которым обладают некоторые лептоны и кварки, но не все. Слабый заряд образует три разновидности поля с тремя обменными бозонными части цами, обладающими значительными (по масштабам микромира) массами. В процессах взаи модействия слабый заряд может не сохраняться.

Первоначальная теория слабого взаимодействия не смогла решить проблему адекватного его описания. В ходе работы по устранению трудностей у теоретиков возникли подозрения, что слабое и электромагнитное взаимодействия на самом деле имеют общие корни, что это два проявления одной сущности подобно тому, как электричество и магнетизм – две стороны одного явления. Эту идею в 60-х годах воплотили в теорию Стивен Вайнберг, Шелдон Ли Глешоу (оба из Гарвардского университета) и независимо от них Абдус Салам (Международ ный центр теоретической физики в Триесте). Теория единого электрослабого взаимодействия позволила успешно решить главные проблемы, связанные со слабым взаимодействием. Она исходит из существования фундаментального единого заряда, отвечающего одновременно за слабое и за электромагнитное взаимодействия. При очень высоких температурах (энергиях) структура вакуума нарушена по сравнению с нынешней модификацией и в таких условиях электрослабый заряд выступает как единый заряд обоих взаимодействий. Заряд создает еди ное поле, квантом которого служит безмассовая бозонная частица, чем обеспечивается даль нодействие этого заряда. При снижении температуры наступает критический момент, после которого вакуум переходит в более упорядоченную модификацию. Переход сопровождается изменением характера его взаимодействия с веществом, в частности, с электрослабым заря дом. Как следствие – распад безмассовой бозонной частицы на четыре составляющие. Выде ляется бозон электромагнитного взаимодействия, это уже знакомый нам не имеющий массы фотон, а трем полям слабого заряда соответствуют три векторных бозона, получивших свои массы в результате взаимодействия со структурой новой модификации вакуума. Теория пред сказывает ряд следствий, допускающих экспериментальную проверку.


Во-первых, предсказано, что помимо двух электрически заряженных векторных бозонов W, фигурировавших в первоначальной теории Ферми, существует еще и электрически ней тральный векторный бозон Z0. Это означает, что в природе реализуются не только слабые взаимодействия, сопровождающиеся изменением электрических зарядов участвующих час тиц, примером чему служит тот же бета-распад нейтрона, но и процессы распада, протекаю щие без изменения электрических зарядов частиц. Такие процессы назвали нейтральными слабыми токами. Ранее они в экспериментах не обнаруживались. Теория подтолкнула экспе риментаторов на целенаправленный поиск нейтральных токов, и в 1973 году они были откры ты на ускорителе в ЦЕРН’е. Это был серьезнейший аргумент в пользу теории и ее объедини тельной идеи. В 1979 году С.Вайнбергу, Ш.Глешоу и А.Саламу присуждена Нобелевская премия по физике за их вклады в теорию единого слабого и электромагнитного взаимодейст вия между элементарными частицами.

Во-вторых, теория объединения предсказала до того неизвестные значения масс векторных бозонов:

mW ~ 79,5 ГэВ/с2 ;

mZ0 ~ 90 ГэВ/с2.

Эти значения почти на 2 порядка превышают массу протона, и первоначально не было средств, обеспечивающих обнаружение столь массивных частиц. Перед экспериментаторами возникла сверхзадача – создать ускоритель с огромной энергией в пучке и создать очень тон кие методы и соответствующую аппаратуру регистрации процессов взаимодействия пучка с мишенью. Лишь в 1983 году эта задача была решена. Капитальной перестройке подвергся ус коритель протонов ЦЕРН’а, он был превращен в ускоритель на встречных пучках (коллайдер) протонов и антипротонов с энергиями 270 ГэВ в каждом пучке. На нем физики обнаружили всю триаду векторных бозонов, ответственных за слабые взаимодействия. Их массы оказались следующими:

mW = 80,9 1,5 ГэВ/с2;

mZ0 = 95,6 1,4 ГэВ/с2.

Эти данные удовлетворительно согласуются с предсказаниями теории объединения.

Открытие промежуточных векторных бозонов явилось выдающимся событием. Оно потре бовало создания уникального ускорителя и не менее уникальных двух устройств для регист рации частиц, рождающихся при столкновении протонов с антипротонами. В мероприятии участвовало множество людей, объединенных в единый коллектив экспериментаторов и ин женеров. Авторами открытия считаются более ста ученых из разных стран мира, принимав ших участие в планировании, подготовке и проведении экспериментов. Таковы сегодня мас штабы экспериментальных работ в области физики высоких энергий и такова роль теории в подобных работах. Двум руководителям и идейным вдохновителям эксперимента – К.Руббиа и С. Ван дер Мееру – присуждена Нобелевская премия по физике за 1984 год. Единая природа слабого и электромагнитного зарядов теперь не вызывает сомнений.

Теория сильных взаимодействий находится в процессе созидания. Ее назначение – описать объединение кварков и антикварков в адроны. По своей идеологии это типичная полевая тео рия, ее назвали Квантовой хромодинамикой (КХД). Исходным положением КХД служит по стулат о существовании трех типов цветовых зарядов, выражающий присущую веществу спо собность к объединению кварков и антикварков в сильном взаимодействии. Каждый кварк обладает некоторой комбинацией этих зарядов, но полной их взаимокомпенсации в одной частице не происходит, поэтому кварк обладает результирующим цветом, то есть, сохраняет способность к сильному взаимодействию. Но когда три кварка или кварк и антикварк, или три антикварка объединяются в адрон, суммарная комбинация цветовых зарядов в нем такова, что адрон, как частица, оказывается нейтральным в отношении цвета.

Цветовые заряды создают поля с присущими им квантами – бозонами, переносчиками сильного взаимодействия. Всего образуются 8 полей с соответствующими восемью бозонны ми частицами, названными глюонами. О необычных свойствах глюонов говорилось выше. В частности, 6 из 8-и глюонов имеют цветовые заряды, поэтому, несмотря на отсутствие массы, их радиус действия ограничен атомным ядром. При попытке глюона покинуть ядро наруша ется условие бесцветности, возникает бурное выделение в вакууме облака виртуальных глюо нов и кварк-антикварковых пар, компенсирующих вносимое возмущение. Для полного выде ления из адрона частицы, обладающей цветовым зарядом, понадобилась бы бесконечно большая энергия. Но как только вводимая энергия превысит определенный уровень, вакуум выделяет уже не виртуальные, а реальные кварк - антикварки, образующие поток адронов, что и наблюдается в экспериментах на ускорителях. Сильное взаимодействие при всех условиях сохраняет бесцветность частиц.

До открытия кварков и цветового взаимодействия фундаментальным считали ядерное взаимодействие, объединяющее, как тогда предполагалось, элементарные протоны и нейтро ны в ядрах атомов. Японский физик Юкава еще в 30-х годах предложил модель ядерных взаимодействий, в которой на роль обменной частицы выдвинул тогда еще неизвестный науке пи-мезон (пион) с массой в 200 - 300 раз превышающей массу электрона. Пионы вскоре были обнаружены в космических лучах. Сегодня известны три их разновидности, две из которых имеют соответственно положительный и отрицательный электрические заряды, а третья – нейтральна. Слабое взаимодействие приводит к быстрому распаду заряженных пионов. Каза лось бы, теория ядерных взаимодействий получила прочную экспериментальную основу. Но с открытием кварков, из которых слагаются и протоны, и нейтроны, ядерные силы перестали рассматриваться как фундаментальные, их место заняли цветовые силы. В таком случае, чем считать ядерные силы, которые соединяют составленные из кварков барионы в реально суще ствующие атомные ядра?

Правило бесцветности адронов, казалось бы, обрекает все частицы этого рода на полную пассивность. Такое утверждение справедливо, если речь идет о дистанциях, превышающих 10–13 см, то есть, о радиусе действия цветовой силы. Если же расстояние между адронами (в частности, между составляющими ядро барионами) не превышает этой дистанции, то внутри сферы указанного радиуса возможно сильное взаимодействие между находящимися там час тицами, несмотря на их коллективную бесцветность. Радиус атомного ядра, как мы знаем, совпадает с радиусом действия цветовой силы, что обеспечивает протекание процесса взаи модействия, объединяющего барионы в ядро. Напрашивается аналогия с атомами, которые в целом электрически нейтральны, но при сближении на дистанцию порядка 10 –8 см именно электрические силы соединяют их в молекулы. Так что ядерные силы являются отголосками цветовых сил, как химические силы являются отголосками электромагнитных сил.

Предполагается, что при сближении барионов на расстояние порядка 10 –13 см и меньше они теряют свои индивидуальные особенности, обмен глюонами между кварками приобретает коллективный характер, связывая все эти частицы в единое целое, в атомное ядро. Перемеще ние одного из кварков на непозволительное удаление от другого нарушает локальную ней тральность цветового заряда, вакуум реагирует на это рождением виртуальной кварк антикварковой пары. Кварк этой пары замещает нарушителя на его законном месте, а ан тикварк вместе с беглецом образует виртуальный пион, принимаемый за обменную частицу ядерного взаимодействия.

Заветная мечта физиков – выявить универсальность всех четырех фундаментальных сил.

Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое электрослабое взаимо действие стало первым обнадеживающим успехом на этом пути. Следующим шагом, как на деются ученые, станет открытие Большого Объединения. Так физики называют пока еще до конца не созданную теорию объединения электромагнитного, слабого и сильного (цветового) взаимодействия в единое целое. Интересную попытку в этом направлении предприняли в 1973 году Ш.Глешоу и Х.Джорджи [28]. Они показали, что такое объединение в принципе возможно. Предложен вариант, в котором объединенный заряд создает поля 24-х разновидно стей с соответствующими промежуточными бозонами. Половина этих полей и частиц при надлежит вакууму. Переходы между лептонами и кварками становятся возможными, когда взаимодействующие частицы сближаются на фантастически короткую дистанцию 10–29 см, она названа масштабом объединения. Для такого сближения необходимо сообщить частицам энергию порядка 1017 ГэВ, чему соответствует температура, превышающая 1027 К. Если оцен ка верна, то подходящие для объединения условия могли иметь место только на предполагае мой самой начальной стадии развития Вселенной. Из этой незавершенной теории следует вы вод о нестабильности протона, его период полураспада оценен в 1031 лет. Число огромное, но важен сам факт нестабильности. Задача экспериментальной проверки такого следствия теории встречает серьезные трудности и пока остается нерешенной.

Еще более грандиозна идея объединения всех четырех фундаментальных сил, включая гравитацию. Соответствующие теоретические построения называют суперобъединением. По ка идет лишь разработка подходов к проблеме, но если на этом пути наметится успех, то уни фикация природных сил будет доведена до предельно возможной. Для более глубокого зна комства с затронутыми вопросами дополнительно к ранее цитировавшимся источникам [24, 25] можно рекомендовать [28].

2.3 Самоорганизуемость микромира в ранней Вселенной В главе 2.1 мы остановились на том, что, согласно гипотезе Горячей Вселенной к моменту времени ~10–33 секунды после начала из недр квантового вакуума выделился очень плотный и очень горячий сгусток вещественных частиц и античастиц, сосредоточенный в предельно ма лом объеме пространства. Расширение занимаемого сгустком пространства привело к эффек ту расширения возникшей вещественной Вселенной, продолжающегося вплоть до нашего времени. При исходной температуре сгустка не ниже 1027 К лептоны и кварки свободно пере ходили друг в друга, то есть, были неразличимы.

Переходы такого рода осуществлялись в результате взаимодействия исходных частиц в среде, где кроме гравитации существовала единая фундаментальная сила, объединявшая сильное и электрослабое взаимодействия. Переносчиками такого взаимодействия служила ~ экзотическая пара, состоящая из Х - бозона и X - антибозона. Теория предсказывает, что Х – бозон был необычайно массивной частицей, его масса достигала значения порядка 10 –9 г, что в 1014 раза больше массы протона. Подобно тому, как гиганты древнего животного мира Зем ли – динозавры, мастодонты и другие, поражающие наше воображение своими размерами и весом, вымерли десятки миллионов лет назад, оставив после себя в земле лишь громадные ~ кости, так и гиганты микромира Х частицы и X античастицы "вымерли" из-за снижения тем пературы в ранней Вселенной. Но пока исследователям не удалось отыскать их "костей", до казательного подтверждения их существования в природе. И это не удивительно. Скалярные бозоны этого типа существуют только при температурах, не ниже 1027 К. В наблюдаемой Все ленной сегодняшнего дня нет уголка, где подобные температуры могли бы реализовываться.

Невозможно получить их и на самых мощных современных ускорителях, да и в будущем нет надежды получить их в лабораторных условиях. В качестве "костей" этих микрогигантов ос тается вывод теории о существовании в ранней Вселенной переходов между лептонами и кварками. Из такого допущения следует, что и в наше время существует очень маленькая ве роятность редких превращений какого-нибудь кварка в лептон. Тогда протон, в состав кото рого входит преобразившийся кварк, распадется.

~ Предполагают, что распад Х - бозонов и X - антибозонов сразу, как только температура сгустка стала ниже 1027К, повлек за собой крайне важное следствие, определившее всю по следующую историю Вселенной. Дело в том, что скорости распада Х-бозона и Х-антибозона несколько отличаются, что является следствием определенной асимметрии между веществом и антивеществом, экспериментально подтвержденным Фитч и Крониным в Брукхейвеновской лаборатории (США). В результате распад Х частиц и античастиц привел к тому, что на каж дый миллиард античастиц зафиксировался один миллиард плюс одна частица вещества. Раз ница, казалось бы, мизерная, число вещественных частиц в каждом миллиарде на одну пре вышало число античастиц, но именно эта разница определила появление в дальнейшем веще ственной Вселенной с галактиками, звездами, планетами и разумными существами на некото рых из них.

По оценкам С.Вайнберга время жизни протона порядка 1032 лет, по другим оценкам оно несколько меньше и лежит в пределах от 1030 до 1031 лет. Если верны более низкие оценки, то современная техника эксперимента позволяет на пределе своих возможностей обнаружить распад протона уже теперь. То обстоятельство, что усиленные поиски распада протона так и не увенчались успехом, означает, что, либо справедлива оценка времени жизни протона, сде ланная Вайнбергом, либо неверен сам вывод о возможности распада протона.

Изменение температуры Т и плотности на начальной стадии расширения описывается простыми зависимостями этих величин от времени, прошедшего с начала расширения [29]:

Т [МэВ] t –1/2 [c];

[г/см3] 4,510–3t –2 [c], где t – время, отсчитываемое от начала. Возможность выдвигать обоснованные, а не фанта стические предположения о начальном периоде развития Вселенной, появилась в первую оче редь благодаря крупным успехам физики высоких энергий, в частности, разработкой теории Великого объединения. Один из создателей как теории электрослабых взаимодействий, так и теории Большого Взрыва Стив Вайнберг пишет [30]:

Мы уже подошли к тому рубежу, когда для нас становится посильным обсуждение при роды материи и истории Вселенной вплоть до температур порядка планковской, однако мы еще не достигли такого уровня понимания, чтобы полностью доверять всем деталям получен ных нами результатов Доступная астрономическим наблюдениям современная Вселенная на 98% состоит из во дорода и гелия. Но в только что родившейся Вселенной не было ни водорода, ни гелия. Суще ствующая теория утверждает, что от появления протовещества и до образования ядер водоро да и гелия прошло немногим больше трех минут. На этом временном промежутке стреми тельно преобразовывались вакуум и вещество, а этапы преобразований определялись процес сами расширения и остывания сгустка. Толчком для очередного скачкообразного перехода в качественно новое состояние служило достижение системой определенных критических зна чений температуры и плотности расширяющегося вещества.

В [30] три минуты, за которые образовалась вещественная основа нашего мира, подразде лены на четыре этапа (или эры). Через ~10–33 секунд после "начала", на рубеже перехода к температурам ниже 1027 К, прекращают свое существование скалярные Х бозоны. Здесь со вершается переход вакуума в свою модификацию с более высоким уровнем упорядоченности, и гигантские бозонные и антибозонные частицы распадаются на глюоны и безмассовый бозон электрослабого взаимодействия. Кварки и лептоны разделились, а сильное взаимодействие отделилось от электрослабого. Возник качественно новый этап развития, который Вайнберг назвал эрой рождения барионов. Появление сильного взаимодействия предопределило после дующее объединение кварков и антикварков в адроны. Но на этом этапе высокая температура еще позволяла сохраниться этим частицам в свободном состоянии.

Следующий критический момент наступил на рубеже времени 10 –10 секунды, когда темпе ратура снизилась до 1015 К. Здесь проявилась очередная неустойчивость вакуума, завершив шаяся новым фазовым переходом в еще более упорядоченное его состояние. Новая модифи кация вакуума взаимодействовала с веществом таким образом, что безмассовый электросла бый бозон разделился на безмассовый фотон и на три векторных бозона, получивших от ва куума солидные массы. Электрослабое взаимодействие распалось на слабое и электромагнит ное. Во Вселенной утвердились все четыре известные науке фундаментальные взаимодейст вия. Этот этап назван Вайнбергом эрой промежуточных бозонов.

Теория предсказывает, что при температурах несколько меньших, чем 10 15 К, в плазмен ном сгустке, состоящем из фотонов, лептонов, антилептонов, кварков, антикварков, глюонов и векторных бозонов достигается состояние, близкое к термодинамическому равновесию. При дальнейшем снижении температуры возникает ситуация, когда кварки и антикварки подпада ют под действие сил, стремящихся объединить их в адроны. Зону свободного существования этих частиц отделяет от зоны, в которой они перестают существовать как свободные частицы, температурный рубеж в 1013 К. Этот этап назван эрой адронов.

Ранний период развития Вселенной завершается лептонно-фотонной эрой. Она начинает ся после того, как снизившаяся температура открывает возможность для протекания быстрого процесса необратимых соединений барионов с антибарионами, заканчивающегося их анниги ляцией. Эти частицы исчезают, оставив после себя соответствующее количество фотонов и выделившуюся вследствие аннигиляции энергию, замедлившую остывание сгустка. А так как барионов было немного больше, чем антибарионов, те из них, которые не нашли своего анти пода, остались в качестве небольшой примеси в однородной смеси фотонов и лептонов. Со гласно расчетам, на ~10 миллиардов фотонов и лептонов приходилось по одной барионной частице. Такого состояния Вселенная достигла к моменту времени, примерно равному 0, секунде после "начала". С этого момента вступает в действие подробно разработанная теория дальнейшего развития Вселенной, получившая название Стандартной модели (или сценария) Большого Взрыва. Стандартная модель отделяет область предположительных знаний о самом раннем периоде развития Вселенной от надежно разработанного и подтверждаемого наблюда тельными данными расчета последующего ее развития вплоть до этапа первичного нуклео синтеза.

Итак, к моменту времени 0,01 секунды Вселенная предстает в виде однородной "газовой смеси", состояние которой очень близко к термодинамическому равновесию. Равновесность достигнута благодаря тому, что скорости взаимодействия частиц в смеси существенно более высокие, чем скорость изменения условий (температура, плотность) в расширяющейся Все ленной. А при равновесном состоянии состав, концентрация компонентов и другие параметры "газовой смеси" суть функции только температуры и плотности вещества. Но в ранней Все ленной оба эти параметра однозначно зависят только от времени, отсчитываемого от "начала", и не зависят от предыстории, то есть от более ранних состояний. Таким образом, предшество вавшие Стандартной модели периоды развития Вселенной выносятся за ее рамки и требуют независимого рассмотрения. Наступившая на рубеже времени 0,01 секунды квазиравновес ность стерла следы более раннего развития, не оставив в последующей истории Вселенной видимых доказательств его существования.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.