Максим Филипповский - Генезис. Небо и Земля. Том 1. История

§306. В 1939 году проблему максимальной массы нейтронного ядра для обеспечения жизни звезды попытались разрешить Роберт Оппенгеймер и его канадский аспирант из русских эмигрантов Георгий Михайлович Волков (Джордж Майкл Волкофф). Оппенгеймер и Волков провели расчеты на основе общего статического решения полевых уравнений Эйнштейна для сферически симметричного распределения вещества и, в частности, решения Шварцшильда, которое описывает метрику пустого пространства, окружающего это вещество. Они также предположили, что вещество состоит из квантовых частиц, подчиняющихся статистике Ферми—Дирака, чьей тепловой энергией и негравитационными взаимодействиями можно пренебречь. Приравняв массу частиц этого холодного ферми-газа массе нейтронов и проведя приближенное численное интегрирование полученных уравнений, Оппенгеймер и Волков пришли к выводу, что массы нейтронных ядер звезд, которые полностью использовали свои термоядерные энергетические ресурсы, не могут превышать 70% солнечной массы. [653] Эта их работа считается одним из самых ярких достижений теоретической астрофизики первой половины двадцатого века, несмотря на то, что полученная в ней оценка верхнего предела массы нейтронных остатков массивных звезд оказалась сильно заниженной 193. Оппенгеймер, Волков и Толмен получили уравнение для радиального градиента давления вещества внутри сжимающейся звезды, или, другими словами, каким образом звезда сопротивляется сжатию, увеличивая внутреннее давление. Однако в общей теории относительности, в отличие от ньютоновской механики, давление само служит фактором искривления пространства-времени и тем самым источником поля тяготения. Поэтому гравитация внутри звезды может нарастать настолько быстро, что коллапс делается необратимым. Демонстрация, пусть и на упрощенной модели, существования верхнего предела масс нейтронных звезд стала результатом, который позволял предположить, что самые массивные потомки сверхновых не становятся нейтронными звездами, а переходят в какое-то другое состояние. [654]

§307. В том же 1939 году Роберт Оппенгеймер и еще один его аспирант Хартланд Снайдер рассмотрели процесс гравитационного сжатия строго сферического невращающегося пылевого облака с постоянной плотностью. [655] По их модели космического вещества частички пылевидной материи по определению взаимодействуют друг с другом исключительно посредством взаимного притяжения (следовательно, давление в таком облаке равно нулю) и потому движутся по геодезическим мировым линиям; кроме того, такая система не имеет термодинамических характеристик 194.

§308. Лео Силард в 1939 году обосновал возможность развития в уране самоподдерживающейся ядерной реакции при делении ядер урана, а также одним из первых доказал, что в процессе деления ядер урана излучаются вторичные нейтроны. Силард совместно с Вальтером Генри Зинном получил значение среднего числа вторичных нейтронов на один акт деления в ходе эксперимента, используя радий-бериллиевый источник для бомбардировки урана нейтронами. [656] Они обнаружили значительное размножение нейтронов в природном уране, доказав, что цепная реакция возможна.

§309. Константин Антонович Петржак и Георгий Николаевич Флеров (1940) в лаборатории Игоря Васильевича Курчатова Ленинградского физико-технологического института открыли новый вид радиоактивного распада атомных ядер – спонтанное деление. [657] При всех прочих превращениях атомное ядро испускает частицы, которые существенно меньше его по массе и размерам. При спонтанном делении ядро атома делится, грубо говоря, на две равные части. Эта особенность спонтанного деления позволяет получить ценную информацию об атомном ядре. Было доказано, что атомное ядро делится спонтанно потому, что, начиная с некоторой массы, электрические силы расталкивания протонов превосходят специфические ядерные силы, обеспечивающие ту связь, которая заставляет свободные нуклоны сливаться и образовывать атомное ядро. Нестабильность относительно деления возникает с ростом массы не вдруг, а постепенно. В очень слабой степени она проявляется на опыте только для самого тяжелого природного элемента – урана 195.

§310. Кеннет Эссекс Эджворт (1943) предположил, что в области космоса за орбитой Нептуна первичные элементы туманности, из которой сформировалась Солнечная система, были слишком рассеяны для того, чтобы уплотниться в планеты. [658] Исходя из этого, он пришёл к выводу, что внешняя область Солнечной системы за орбитами планет занята огромным количеством сравнительно небольших тел, и что время от времени одно из этих тел «покидает своё окружение и появляется как случайный гость внутренних областей Солнечной системы, становясь кометой. Джерард Петер Койпер (1951) представил, что протяженный диск, который описывал Эджворт, образовался на ранних этапах формирования Солнечной системы; однако он не считал, что такой пояс сохранился и до наших дней. Койпер исходил из распространённого для того времени предположения о том, что размеры Плутона близки к размерам Земли и потому Плутон рассеял эти тела к облаку Оорта или вообще из Солнечной системы. [659]. Только в 1992 году пояс Эджворта-Койпера был подтвержден за орбитой Плутона 196, как кольцеобразная область, населенная маленькими холодными телами. [660] Пояс Койпера и рассеянный диск, две другие известные области транснептуновых объектов, по диаметру примерно в тысячу раз меньше облака Оорта. Внешняя граница облака Оорта определяет гравитационную границу Солнечной системы – сферу Хиллса, определяемую для Солнечной системы в 2 световых года.

§311. Кристиан Мёллер (1945, 1946) вывел формулу, выражающую полное эффективное сечение столкновения двух частиц с образованием нескольких новых частиц. [661] Формула представляет процесс упругого рассеяния электрона на электроне, описываемый низшим порядком теории возмущений в квантовой электродинамике. Указанный процесс изображается двумя диаграммами Фейнмана. В этом приближении не учитываются радиационные поправки, а также излучение мягких фотонов, которым всегда сопровождается процесс рассеяния заряженных частиц. Релятивистски-инвариантное выражение для дифференциального сечения получается согласно правилам вычисления элементов S -матрицы в квантовой электродинамике.

§312. Синьитиро Томонага (1946) показал, что квантовой теории волновых полей возможно придать вид, в котором явным образом обнаруживается инвариантность теории по отношению к преобразованиям Лоренца. [662] Он разграничил, что перестановочные соотношения определяют кинематические соотношения между различными величинами в один и тот же момент времени, а причинные соотношения между величинами в различные моменты времени устанавливаются уравнением Шредингера. Первая часть определяет законы поведения свободных полей, а вторая – отклонения от этих законов, вызванные взаимодействием. Подобное разделение теории, как указал Томонага, может быть произведено релятивистским образом. Автор обратил внимание, что хотя теория и принимает при этом более удовлетворительный вид, не выводя нового, но в ней сохраняются известные трудности, вызванные расходимостями.