Сергей Попов - Все формулы мира

Вспомним легендарное утверждение о том, что размер космических ракет связан с размером лошадиного крупа. Цепочка рассуждений такова. Размеры ракет-носителей определялись во многом шириной железнодорожной колеи. Она, в свою очередь, связана с традиционной шириной дорог. Этот параметр ведет свою историю с древнеримских дорог, ширина которых определялась размером лошадей.

Бариогенезис – процесс объединения кварков (и антикварков) в барионы (и антибарионы), в результате которого получился наблюдаемый перевес вещества над антивеществом. Барионы – тяжелые частицы, состоящие из трех кварков. Среди барионов для нас наиболее важны протоны и нейтроны (их вместе еще называют нуклонами, так как из них состоят ядра атомов). Другие барионы в природе встречаются редко, однако некоторые из них могут существовать в большом количестве в центральных частях ядер нейтронных звезд.

Лептоны – легкие элементарные частицы, входящие в Стандартную модель. К ним относятся электрон, мюон, тау-лептон и их античастицы. Каждому лептону соответствует свой сорт нейтрино.

Нарушение CP-инвариантности соответствует тому, что законы физики изменяются при замене частиц на античастицы с одновременным их «зеркальным отражением».

Здесь хочется привести цитату из книги Юрия Манина «Математика как метафора»: «Дальнейшее понимание блокируется, пока мы не отказались от идеи пространства-времени как основы физики» (М.: МЦНМО, 2010. С. 204). Похоже, что в будущем от такой идеи могут отказаться.

Эта статья под названием A Precipice Below Which Lies Absurdity? Theories without a Spacetime and Scientific Understanding доступна в Архиве (см.: https://arxiv.org/abs/1807.02639).

Разумеется, в таких теориях на бóльших масштабах пространство-время должно тем или иным образом появляться. В какой-то степени ситуация аналогична тому, что на привычных нам масштабах не проявляются квантовые эффекты или эффекты теорий относительности.

Здесь можно провести такую аналогию. Представьте, что вы строите философскую картину мира, а ваш «компьютер» – физика. Вы начинаете в XVII веке, но пока не удовлетворены ее успехами. Проходит время Ньютона, но вы терпеливо продолжаете дожидаться результатов «моделирования» и вот в конце XIX века решаете наконец, что пора. А потом наступает время квантовой механики и теории относительности, и ваша картина оказывается существенно неверна, поскольку следующая «итерация» привела к значительной модификации текущего результата.

Изложение этой точки зрения приводится в статье Computability and Physical Theories (см.: https://arxiv.org/abs/1806.09237).

В моем детстве важным источником информации о физических и химических процессах, стоящих за привычными природными или бытовыми явлениями, была книга «Физический фейерверк» Джирла Уокера (М.: Мир, 1979). Сейчас можно добавить очень объемную книжищу Луиса Блумфилда «Как все работает: законы физики в нашей жизни» (М.: АСТ, Corpus, 2016).

Помню, что я впервые услышал эту мысль на одной из лекций в Московском планетарии где-то в середине 1980-х гг., и она показалась мне очень вдохновляющей, а отнюдь не пугающей.

Попов С.Б. Сверхсветовое разбегание галактик и горизонты Вселенной: путаница в тонкостях (см.: http://www.astronet.ru/db/msg/1194830); С.Б. Попов, А.В. Топоренский. Не боги расширение вселенной наблюдают (см.: http://www.astronet.ru/db/msg/1307314); Они же. Куда смещается красное смещение (см.: http://www.astronet.ru/db/msg/1320286).

Впервые я познакомился с этим методом по замечательной книге Бориса Иванова «Законы физики» (М.: Высш. шк., 1986), которая очень мне нравилась в старших классах. Отмечу еще две известные книги, посвященные методу размерностей. Во-первых, это известная монография Леонида Седова «Методы подобия и размерности в механике» (М.: Наука, 1987). Во-вторых, множество применений метода в астрономии рассмотрено в книге Самуила Каплана и Эдуарда Дибая «Размерности и подобие астрофизических величин» (М.: Наука, 1976). Эта книга также доступна в сети (см.: http://www.astronet.ru/db/msg/1252779/).

Кроме того, крайне важно, чтобы величины B, C, D сами не образовывали безразмерную комбинацию, иначе задача будет иметь бесконечное число решений.

Я почти уверен, что телескоп eROSITA на борту российского спутника «Спектр-РГ» сможет открыть такие источники.

О проблеме определения понятия черная дыра см. статью Эрика Кьюриэла (Eric Curiel) в журнале Nature Astronomy (т. 3, с. 27–34). Эта работа также доступна в Архиве электронных препринтов под номером 1808.01507. В этой публикации представлены точки зрения множества физиков и астрономов на то, как следует правильно формулировать ключевые свойства черных дыр. Разумеется, разные ученые (работающие в разных областях) дают сильно отличающиеся определения, что в первую очередь отражает различные подходы к проблеме.

В действительности существует несколько диапазонов масс звезд-прародителей, которые при разных условиях заканчивают свою эволюцию как черные дыры. Некоторые из них делают это без взрыва сверхновой, а некоторые – со взрывом.

Эта функция масс была предложена Эдом Солпитером (Ed Salpeter) в 1953 г. и является наиболее популярным простым способом описать так называемую начальную функцию масс звезд.

Уменьшение числа звезд при росте массы – надежно установленное свойство. А вот конкретный вид функции может зависеть от ряда факторов (от массы, от химического состава и т. д.). Тем не менее солпитеровская функция остается хорошим первым приближением.

Одним из первых аккрецию вещества межзвездной среды на компактные объекты начал рассматривать в конце 1960-х – начале 1970-х гг. Викторий Шварцман, работавший вначале в Москве, а затем в Специальной астрофизической обсерватории на Северном Кавказе.

Сделаем важное уточнение. Если под пролетающим объектом иметь в виду, например, метеорное тело, то оно не будет захвачено, даже попав под радиус гравитационного захвата, поскольку изначально его полная энергия была положительной, и такой она и останется, поскольку объект постоянно будет разгоняться под действием гравитационного притяжения центрального тела. Радиус гравитационного захвата важен для нашего рассмотрения, поскольку мы обсуждаем захват газа межзвездной среды. В случае движения черной дыры или нейтронной звезды в межзвездной среде мы можем считать, что относительная скорость вещества и компактного объекта определяется только движением последнего.