Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Имеется в виду книга Джулиана Барбура «Конец времени» (The End of Time, Weidenfeld & Nicolson, 1999). На русский язык не переводилась.

Эта неуверенность по поводу экстремальных условий около сингулярности не подрывает нашей уверенности в существовании черных дыр или в нашем понимании их свойств. Подобным образом тайна кварков не уменьшает нашей уверенности в обычной физике атомов, которая зависит от поведения электронов на орбитах в несколько больших масштабах.

Ливио и др. ( Nature, 340, 281 1989) вычислили, насколько производство углерода чувствительно к изменениям в закономерностях ядерной физики.

Согласно теории Эйнштейна гравитация зависит не только от плотности, но от [(плотность) + 3 (давление) / с 2]. Если игнорировать второй член, то в случаях, когда важно давление излучения, мы получаем разницу в два раза. Тем не менее мы увидим в главе 7, что даже в пустом пространстве может быть какая-то энергия. Если это так, она будет иметь отрицательное давление (иначе говоря, «упругость»). Тогда второй член компенсирует первый, и это вызывает крупное качественное изменение: расширение на самом деле ускоряется вместо того, чтобы замедляться. Этот интуитивно непостижимый результат важен в ранней Вселенной, а также в настоящее время, если энергия пустого пространства (λ – см. главу 7) станет доминирующей.

Смешивания между центральной областью Солнца и его внешними слоями не происходит, поэтому в ядре все еще будет больше гелия из-за скопления отработанного ядерного топлива, которое заставляет Солнце светиться более 4,5 млрд лет.

Точное значение критической плотности и, кстати, некоторых других плотностей, упомянутых здесь, зависит от текущего масштаба Вселенной – это то, что известно с точностью всего 10–20 % из-за проблем определения так называемой постоянной Хаббла. Эти проблемы сами по себе могут составить содержание целой книги. Тем не менее я должен упомянуть, из уважения к специалистам, что числа в этой книге соответствуют постоянной Хаббла, составляющей (в обычных единицах) 65 км/с на мегапарсек.

Куда более интересный вопрос – не нарушается ли закон обратных квадратов в очень маленьких масштабах или – что примерно является тем же самым – не вступает ли в масштабах меньше нескольких метров в игру «пятая сила». Рассуждения, связанные с теорией суперструн (см. главу 10), предполагают, что таким образом могут проявляться дополнительные пространственные измерения. Здесь нам снова не хватает экспериментальных доказательств, и они оказываются куда менее точными, чем нам бы хотелось, потому что тяготение между лабораторными объектами является очень слабым.

Меньшее количество дейтерия в случае, когда плотность выше, на первый взгляд кажется ошибочным результатом, но на самом деле это вполне естественно. Чем выше плотность, тем чаще ядра сталкиваются друг с другом и тем быстрее ядерные реакции будут превращать водород (с одним протоном) в гелий (с двумя протонами и двумя нейтронами). Дейтерий (с одним протоном и одним нейтроном) – промежуточный продукт реакции. Если плотность высока, его остается не слишком много, потому что реакции проходят так быстро, что почти весь дейтерий перерабатывается в гелий. С другой стороны, если бы плотность была ниже, нам стоило бы ожидать большего количества «остаточного» дейтерия, оставшегося после первых трех минут существования нашей Вселенной. Эта зависимость тонкая, поэтому любые достаточно точные измерения доли дейтерия говорят нам о средней плотности атомов во Вселенной.

Это доказательство на самом деле говорит нам о разнице квадратов масс двух различных видов нейтрино. Более ранний вариант эксперимента «Камиоканде» записал данные 11 событий, связанных с высокоэнергетическими нейтрино от появившейся в 1987 г. неподалеку от нас сверхновой, о чем было упомянуто в главе 4. Американский эксперимент в соляной шахте в Огайо зафиксировал данные еще восьми событий. (Также нейтринные события зарегистрировал детектор в Баксанской лаборатории на Кавказе. – Прим. науч. ред. ) Полученные цифры порадовали астрофизиков, поскольку хорошо согласовываются с предсказаниями теорий сверхновых.

Следующий шаг в теоретическом понимании субатомной физики может затрагивать понятие, которое называется «суперсимметрия». На этом этапе необходимо связать ядерные силы с другими силами внутри атомов (и таким образом обеспечить лучшее понимание нашего космического числа ε). Тут задействованы и некоторые виды электрически нейтральных частиц, которые были созданы во время Большого взрыва и массу которых можно вычислить.

Следующие друг за другом «гребни волн» в излучении любого атома или молекулы связаны с их колебанием, которое, в сущности, является микроскопическими часами. Вершины волн прибывают медленнее, когда источник удаляется и длина волны увеличивается.

Из книги «Воображение природы» (Nature’s Imagination) под редакцией Дж. Корнуэлла (Oxford University Press, 1998).

На первый взгляд может показаться, что это противоречит утверждению о том, что число Q остается одним и тем же во всех масштабах. Тем не менее Q на самом деле рассчитывается как избыточная плотность, умноженная на квадрат масштаба длины. Согласно законам тяготения Ньютона, гравитационная энергия связи на поверхности сферы зависит от массы, деленной на радиус. Тем не менее для сфер различной массы, но одинаковой плотности масса зависит от (радиус) 3, поэтому энергия связи отличается на (радиус) 2. Следовательно, в более крупных масштабах колебания плотности имеют меньшую амплитуду.

Кто-то может задаться вопросом, почему исчезают подструктуры внутри галактик, тогда как отдельные галактики продолжают существовать внутри скоплений, которые не становятся едиными «супергалактиками». Это происходит потому, что на более поздних этапах создания иерархии в скоплениях газ является слишком горячим и рассеянным, чтобы сконденсироваться в звезды. Процесс формирования звезд «угасает» в масштабах больших, чем галактики.

В частности, интенсивность излучения, измеренная аппаратом COBE в миллиметровых длинах волн, может быть слабее , чем предсказанная экстраполяция того, что было надежно определено в сантиметровых длинах волн. Многие процессы могут сопровождаться дополнительным излучением на миллиметровых волнах, например излучение от пыли или от звезд с очень сильным красным смещением, и поэтому мы не должны быть обескуражены тем, что на этих длинах волн излучение будет более интенсивным, чем у абсолютно черного тела. Сложнее будет объяснить более низкую температуру на миллиметровых волнах.