Юлия Мизун - Мыслящая Вселенная

После Большого Взрыва Вселенная расширяется. Это расширение будет происходить до тех пор, пока средняя плотность во Вселенной не достигнет критического значения. Ученые считают, что критическая плотность равна 10–29 г/см3. Если не учитывать наличия нейтрино, то средняя плотность во Вселенной примерно в сто раз меньше критического значения. Но если нейтрино учесть, то она приближается к критическому пределу. Когда она его достигнет, то должно начаться сжатие Вселенной. Проследим роль нейтрино при формировании структуры Вселенной.

После Большого Взрыва в начале расширения Вселенной вещество представляло собой почти однородную расширяющуюся горячую плазму. Затем из-за гравитационной неустойчивости эта плазма стала фрагментироваться, сбиваться в комки. Это положило начало скоплениям галактик. Но во всех этих процессах надо учитывать роль нейтрино, поскольку главным действующим лицом здесь выступает сила тяготения. А сила тяготения, вызванная нейтрино, намного больше, чем сила тяготения, обусловленная всем другим, не нейтринным веществом Вселенной. Роль нейтрино в процессе фрагментации вещества Вселенной выглядит примерно так.

Вскоре после начала расширения Вселенной в распределении плотности вещества во Вселенной были случайные, очень маленькие неоднородности. В это время нейтрино имеет очень высокую энергию и проходит свободно сквозь любые сгустки вещества. Скорость нейтрино в это время приближается к скорости света. Поэтому нейтрино в определенной мере выравнивают неоднородности. При этом распределяются нейтрино более равномерно. Но это происходит только в малых пространственных масштабах в районах, сравнительно малых по линейным размерам нейтринных сгущений. Это и понятно, поскольку из сравнительно мелких сгущений нейтрино успевают вылететь и перемешаться с другими нейтрино достаточно быстро. При этом усредняются, сглаживаются все неоднородности. С течением времени все большие и большие (по размерам) неоднородности нейтрино успевают «рассосаться». Все это возможно только благодаря тому, что у нейтрино сохраняется очень большая скорость, которая близка к скорости света. Но с течением времени скорость нейтрино постепенно уменьшается. Уже примерно через 300 лет после расширения Вселенной скорость нейтрино становится значительно меньше скорости света. Поэтому нейтрино уже неспособно (ему не хватает скорости) вылетать из комков большого размера. Поэтому такие комки, плотность вещества в которых сначала только немного превышает среднюю, могут усиливаться тяготением, сгущаться и расти, пока среда не распадется на отдельные сжимающиеся облака из нейтрино.

Из сказанного выше можно заключить, что выравнивание плотности успело произойти только в участках с размерами, не превышающими 300 световых лет. В больших масштабах, то есть в нейтринных сгустках большего размера, повышенная плотность нейтрино сохранялась, поскольку нейтрино не успело из них вылететь. В последующий период скорость движения нейтрино резко падала. При этом взаимное их тяготение приводило к увеличению повышенной плотности. Затем эти сгущения дали начало нейтринным облакам. Из приведенных выше рассуждений следует, что масса этих нейтринных облаков должна определяться количеством тех нейтрино, которые находились в сфере радиусом 300 световых лет через 300 лет после начала расширения Вселенной.

Массу такого нейтринного облака можно рассчитать. Все необходимые данные для этого есть, поскольку масса покоя нейтрино определена. Такой расчет дает, что масса типичного нейтринного облака составляет 1015 солнечных масс. Специалисты утверждают на основании общефизического анализа, что каждое нейтринное облако должно приобрести не форму шара, а форму блина. Затем из таких облаков-блинов образуются соты, то есть выкристаллизовывается ячеистая структура.

Что же происходит с обычным (не нейтринным) веществом? Обычное вещество в начале расширения было распределено в пространстве почти равномерно. Масса его во много раз меньше суммарной массы нейтрино. В начальной стадии расширения Вселенной это вещество находилось в виде горячей плазмы. По прошествии трехсот тысяч лет после начала расширения обычное вещество настолько охлаждается, что из состояния плазмы оно превращается в нейтральный газ. К этому времени, спустя миллион лет после начала расширения, давление газа резко падает. Только потом холодный нейтральный газ начинает сгущаться в поле тяготения возникающих нейтринных облаков. При этом нейтральный газ стягивается к центральной части нейтринных облаков. Далее из этого сгущающегося нейтрального газа постепенно возникают скопления галактик, галактики и звезды. Значит, все выглядит так. В центре нейтринного облака-блина образуется большое скопление галактик, масса которого в 30 раз меньше массы нейтринного облака.

В переводе с греческого языка «комета» означает: «носящая длинные волосы». На самом деле кометы — это небесные тела неправильной формы, которые состоят изо льда с вкраплениями каменных и железных глыб, имеющих размеры порядка нескольких десятков километров. Когда комета приближается к Солнцу, ледяная поверхность кометы нагревается и лед начинает потихоньку таять и испаряться. Ядро кометы окружает слой, который состоит из газа, пыли, а также из частичек льда. Именно этот слой в лучах Солнца начинает светиться отраженным светом. Благодаря этому свечению комета становится заметной на небосводе. Чем ближе комета приближается к Солнцу, тем больше она нагревается. А это значит, что тем больше становится оболочка ее ядра. У кометы появляется «хвост», который состоит из той же пыли, газа и частичек льда. Образовавшийся хвост также начинает отражать солнечные лучи. Чем ближе комета приближается к Солнцу, тем больше ее хвост.

Ньютон доказал математически, что все кометы движутся по орбитам вокруг Солнца и подчиняются действию сил тяготения. Орбиты комет всегда очень вытянутые. Кометы видны только тогда, когда оказываются вблизи Солнца.

Все слышали о комете Галлея. Астроном Эдмунд Галлей был другом Исаака Ньютона. Он хорошо знал научные труды своего друга, в том числе и о кометах. Галлей сделал вычисления, которые позволяли определять орбиты комет. При этом Галлей понял, что та комета, которую он наблюдал лично в 1682 году, имела такую же орбиту, что и комета, которая приходила в 1607 году. Детальный анализ показал, что это одна и та же комета. Более того, эта же комета приходила и в 1531 году. Другими словами, эта комета возвращалась каждые 76 лет, Галлей предсказал, что она вернется в 1758 году. Комета действительно вернулась, но Галлея в живых не застала. С тех пор ее стали называть кометой Галлея. Последний раз ее наблюдали в 1985–1986 годах. Она должна прийти к нам, а точнее к Солнцу, в 2061 году. Наблюдать ее можно будет с 2060 по 2062 год.