Вселенная и образование изотопов химических элементов
Скачать 0.95 Mb.
|
 Рисунок 1.1.3 Анизотропия микроволнового излучения и WMAP; точки – экспериментальные данные, линии – предсказания инфляционной теории (Линде А.Д., 2007) В середине 1981 года А.Д. Линде предложил новый вариант сценария раздувающейся Вселенной. В основе этого варианта инфляционной теории была разработана и внедрена теория хаотической инфляции. Для этого им было введено понятие скалярного поля. А.Д. Линде считает, что помимо существующих направленных полей: электромагнитное, электрическое, магнитное, гравитационное существует и еще одно – скалярное, которое никуда не направлено, а представляет собой просто функцию координат. По мнению А.Д. Линде первоначально Вселенная расширялась, будучи в нестабильном вакуумоподобном состоянии, и стала горячей, только когда вакуум распался. А далее за формирование галактик несут ответственность квантовые колебания, которые могут создавать новые быстро расширяющиеся части Вселенной. Этот процесс превращает Вселенную в вечно существующую самовоспроизводящуюся мультивселенную – огромный растущий фрактал, состоящий из многих экспоненциально больших частей с различными законами низкоэнергетической физики, действующими в каждой из этих частей. Это «многоликая Вселенная», где во Вселенных разного типа будут функционировать разные типы физики (и химии), вследствие разного типа и набора элементарных частиц, полей.… Теория самовосстанавливающейся Вселенной во время инфляции разбивается на бесконечно много частей с невероятно большим количеством разных свойств. Эту модель космологи называют инфляционной мультивселенной (multiverse), специалисты по теории струн называют это струнным ландшафтом. По мнению автора этой теории А.Д. Линде – это инфляционная космология, имеет черты новой научной парадигмы (Линде, А.Д., 2007; http://elementy.ru/events/426960). Следует отметить, идеи А.Д. Линде – это личные, ничем не подкрепленные мысли этого исследователя. Не все согласны с инфляционными моделями Вселенной. Джон Барроу, Андреас Альбрехт (Вартбург, М., 2000) и другие заявляли, что для объяснения эволюции Вселенной вовсе не нужна инфляция, достаточно допустить, что скорость света в ранние времена была неимоверно больше нынешней, и это сразу снимает все парадоксы Стандартной теории Большого взрыва. Тепловое равновесие сумеет быстро установиться даже между самыми отдаленными участками Вселенной. «Предмет космологии – это вся Вселенная в целом, в отличие от астрономии, которая изучает отдельные ее составляющие. Цель космологической теории – изучить эволюцию крупномасштабной структуры Вселенной и вычислить значения таких величин, как средняя плотность и температура вещества. Хорошая космологическая теория должна также объяснять, как образовались более мелкие объекты, например галактика» (Тейлер, Р.Дж., 1975, с. 133-134). Большинство естествоиспытателей в начале XX века, не имея на то научных фактов, предлагали различные варианты (гипотезы) происхождения и устройства Вселенной. Честолюбие (и тщеславие) человека безгранично, как и сама Вселенная. Ведь если отгадаешь, войдешь в историю! Это как выигрыш в лотерею, отгадаешь номер выигрышного билета – получишь приз. Это что-то типа гадания на кофейной гуще. К сожалению, в истории науки, в том числе и первой половины ХХ века превалировала эта тенденция. Пространство (Вселенной) то ли постоянно, стационарно, то ли пульсирует, то ли расширяется и т.п. (Бронштейн, В.А., 1974, с. 276). «То ли дождик, то ли снег, то ли будет, то ли нет…». В конце концов, что-то и отгадаешь. И автор раздувающейся гипотезы (сейчас теории) согласно анализу доступной литературы не Э. Хаббл – Ж. Леметр (в разработке этой теории в той или иной степени принимали участие Слайфер, В., Лундмарк, К., Эддингтон, А., Мили, Э., Толман, Р. …)… (Бронштейн, В.А., 1974, с. 275-277), а автор теории горячей Вселенной /теории Большого взрыва/ уже не Дж.А. Гамов, а человек – «советский математик» к этому никакого отношения не имеющий, только предлагавший различные варианты решения общих уравнений релятивисткой космологии без какой-либо оценки и выделения одного из решений как основного, главного (Бронштейн, В.А., 1974, с. 275-277; Карлышев, В.М., Крылов, В.М., 2005, с. 14; Хокинг, С., 2008; http://ru.wikipedia.org/wiki/Большой_взрыв). Это уже не захват чужой земли, чужих территорий, это воровство интеллектуальной собственности. Это не наука. Это иконопись этнических кланов, которая только тормозила и тормозит развитие науки (Par Renard de la Taille, 1995). Так «департамент успеха» использует демагогический метод «изощренного анализа», целью которого является смещение у общественности сознания и завладение авторством того или иного научного открытия, теории или дискредитация (уничтожение) ученого – конкурента, его открытия, теории (Тяпкин, А.А., 2004). Это своеобразный вид научного рейдерства. История науки беспощадна. Иногда авторство великих открытий приписывается личностям, не имеющим к этим открытиям никакого отношения. Часто авторами открытий становятся ученые, позже получившие эти же результаты. К авторству великого закона природы – сохранения и превращения энергии, прямое в хронологическом порядке имеют отношение М.В. Ломоносов, Ю.Р. Майер, Дж. Джоуль, Л. Кольдинг, У. Гров, Г. Гельмгольц. Честь открытия приписывается теперь только Ю.Р. Майеру, Г. Гельмгольцу, Дж. Джоулю. Откуда берется энергия Солнца? Ю.Р. Майер, Г. Гельмгольц каждый по-своему пытались решить эту проблему (Бронштейн, В.А., 1974, с. 8-10). С подобной практикой автор этой рукописи столкнулся при работе в НИИ биофизики МЗ СССР. Предложив и обосновав официально с записью формулы на доске препарат для использования его в ситуациях хронического поступления Sr90 на заседании лаборатории под запись в «журнале 1-го отдела», после синтеза этого препарата, не нашел себя в списке, поданным на Закрытую Ленинскую премию. А за научное открытие был просто уволен с работы и лишь через несколько десятков лет получил от МААНО диплом № 191 на это открытие. В течение второго и третьего периода создано несколько поколений космологических теорий. Первое поколение – это теории Де-Ситтера, Хаббла-Леметра, Эдвара Казнера…; второе поколение – поиск опосредований, вторичных, третичных – космоархеология М.Ю. Хлопова, Эдуарда Милна, Поля А. М. Дирака, А. Эддингтона,…; третье поколение: концепции Йордана-Бранса-Дикке, Ф. Хойла, В.А. Амбарцумяна, Германа Бонди, Гуннара Нордстёма, …. и т.д. и т.п. В настоящее время появляются космологические теории четвертого поколения (третьего периода).  Рисунок 1.1.4 «Был ли Большой взрыв? Наверное, да. Может быть, да» (Линде, А.Д., 2007) В начале 3го тысячелетия, имеется несколько десятков (за всю историю цивилизации – многие сотни, м.б. тысячи?) космологических моделей Вселенной (замкнутая пульсирующая модель, замкнутая статическая модель, нестатическая модель, стационарная модель, модель расширяющейся Вселенной, модель неустойчивой Вселенной, модель юной самообновляющейся Вселенной, модель Вселенной Больцмановского типа, теория мыльная пена, теория Большого взрыва /теория горячей Вселенной/, Стандартная модель, Стандартная теория с расширением (Standart Model Extension), теория Большого разрыва, нейтринная Вселенная, модель Лямда-СDM, голографическая Вселенная и т.д. Начиная с 1984 года на основе принципа суперсимметрии, разрабатывается теория струн и суперструн…, зонная теория строения эволюции Вселенной, теория многомерных мембран, фрактальная Вселенная, теория лунного ландшафта /инфляционная мультивселенная/, Вселенная Кандинского и т. п., и т. д. (Нарликар, Дж., 1985; Гвоздев, Ю., 2007; Талбот, М., 2004; Моисеев, А., 2003; Цицин, Ф.А., 1996; http://www.phylosophy/ru/iphras/libraru/zizin.html; Климишин, И.А. 1984, http://ru.wikipedia.org/wiki/Большой_взрыв; http://ru.wikipedia.org/wiki/ Большой_разрыв; http://elementy.ru/trefil/21082; http://ru.wikipedia.org/ wiki/Инфляционная _модель_Вселенной; http://www.dvastronom.ru/universe-neitrinomodel.php; http://elementy.ru/ trefil/21211; http://revolution.allbest.ru/air/00012697_0.html; http://ru.wikipedia. org/wiki/ Космическая_инфляция; http://elementy.ru/trefil/theories_of_everything; http://www.dv astronom. ru/universe-postulates.php и т. п.). В природе, как уже отмечено выше, действуют четыре фундаментальные силы, и все физические явления происходят в результате взаимодействий между физическими объектами, которые обусловлены одной или несколькими из этих сил. Четыре вида взаимодействий в порядке убывания их силы это:
В последние десятилетия появились попытки создать единую теорию: «универсальная теория», «теория всего сущего», «теория великого объединения», «окончательная теория»… Авторы этих идей пытаются объединить все четыре взаимодействия, рассматривая их в качестве некоей единой и великой силы. Теория струн (теория струн в объединении с концепцией суперсимметрии называется теорией суперструн) претендует на звание универсальной теории Великого объединения всех силовых взаимодействий. Универсальные теории, описывающие взаимодействие четырех сил называют теориями большого объединения (ТБО). Теория суперобъединения всеобщих теорий (ТСО) позволила бы объединить гравитацию с единым сильно-слабым взаимодействием, и строение Вселенной получило бы простейшее из всех возможных объяснений. Такой теории не существует и будет ли она создана, покажет будущее (http://elementy.ru/trefil/21211). Несмотря на абсолютно точные количественные наблюдательные и экспериментальные данные последних десятилетий, космология как наука носит метафизический, полуфантастический, демагогический, описательный характер. Все вышеперечисленные космологические теории, не теории, а, скорее, гипотезы, идеи, где реальные факты алгоритмизируются под тем или иным углом, рассматриваются и связываются, часто необоснованно с той или иной точки зрения. Что-то принимается как аксиомы, затем все это записывается тем или иным математическим аппаратом. Все существующие гипотезы, теории происхождения и эволюции Вселенной имеют «дополнительные условия». Полученная таким образом та или иная относительно стройная, непротиворечивая математическая картина выдается за истину. «Математические законы – не что иное, как соглашения, позволяющие удобно резюмировать результаты возможных экспериментов» (Пригожин, И., Стенгерс, И., 2008, с. 93). Это демагогия с использованием реальных разнообразных фактов и математических построений «отдает тестостероном». Некоторые исследователи считают, что космология за последние 10-15 лет стала точной наукой. Не космология стала точнее, а наблюдаемые и экспериментальные данные в ядерной физике, космофизике, космохимии. Нет ни одной сколько-нибудь достоверной непротиворечивой теории происхождения и эволюции Вселенной. Перечисленные выше гипотезы, теории часто противоречат друг другу. Это слово- и цифро-, числоблудие. Некоторые ученые признают рискованность переноса наших весьма ограниченных знаний на мироздание в целом. В 1980 году К. Болдинг в своем обращении к Американской ассоциации развития науки сказал: «Космология... представляется нам наукой, не имеющей под собой прочного основания, хотя бы потому, что она изучает огромную Вселенную на примере небольшой ее части, исследования которой не могут дать объективной картины реальности. Мы наблюдали ее на протяжении очень короткого отрезка времени и имеем относительно полное представление лишь о ничтожно малой части ее объема». Однако не только выводы космологов не имеют под собой прочного основания – похоже, что сама попытка создать простую математическую модель Вселенной не вполне корректна, и сопряжена с трудностями принципиального характера. К. Болдинг подводит итог анализу многочисленных теорий, использующих пространственно-временные структуры следующими словами: «Теория относительности превращает серии событий в единые пространственно-временные структуры, но мы ощущаем их как последовательность определенных этапов во времени. Следовательно, любая модель происхождения Вселенной, построенная на основе теории относительности, не способна объяснить наше восприятие времени, и потому все эти модели в их современном виде несовершенны и неприемлемы» (Болдинг, К., 1980, http://www.ojasvi.kiev.ua/text/dif2/ babah.htm). Анализ литературного материала по космологии, космологическим идеям, гипотезам, теориям образования и эволюции Вселенной указывает на смещение акцентов анализа от пространственно-временных к морфофункциональным, структурным показателям. Вселенная (или Вселенные, можно и так ставить проблему) – это сложная, многоуровневая, пространственно структурированная система информационных единиц материи, имеющая определенную, эволюционирующую конфигурацию и конформацию, в конце концов, и хиральность. Пространство и время является вторичным, изменяющимся элементом в сложной системе информационных единиц материи. Ни в одной из существующих ныне теорий Вселенных научно не учитывается, новые, неизвестные ранее темная материя и темная энергия. А ведь возможно открытие и новых типов энергии и материи.…  Рисунок 1.1.5. Трехмерная таблица Менделеева, где показаны ядра анти- и странной материи (Ядерная карта) Brookhaven National Laboratory Международная группа физиков, входящих в коллаборацию STAR, впервые получила в экспериментах на коллайдере RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) в США странную антиматерию – ядра из античастиц, содержащих так называемые «странные кварки». Результаты эксперимента были обнародованы в журнале Science (2010). Ядра «обычных» атомов состоят из протонов и нейтронов, в то время как антиматерия построена из античастиц, например, антипротонов. Ранее физикам, в частности, российским ученым в экспериментах на ускорителе в Серпухове, удавалось получить ядра антиматерии, вплоть до получения ядер антилития. В экспериментах на коллайдере RHIC, где проводились столкновения ионов золота, ученым удалось получить так называемые гиперядра – ядра гипертритонов и антигипертритонов. Эти ядра содержат помимо протонов и нейтронов необычный компонент – лямбда-гипероны. Эта частица состоит из верхнего и нижнего кварков (из них построены протоны и нейтроны), а также содержит странный кварк. Антигиперядра, полученные в эксперименте, состоят из античастиц – антипротонов, антинейтронов и антилямбда-гиперонов. «Это открытие может иметь беспрецедентные последствия для нашего представления о мире. Этот вид антиматерии открывает дверь в новые измерения на ядерной карте», – отмечает немецкий физик Хорст Штокер (Horst Stoecker), вице-президент Гельмгольцевской ассоциации научных лабораторий (http://www.rian.ru/science/20100305/212351258.html; © Brookhaven National Laboratory). В начале XX века трудно было предложить гипотезу, сконструировать теорию, соответствующую наблюдениям, а в конце XX, начале XXI века трудно среди множества гипотез, теорий, основанных на соответствующих новейших наблюдениях, новейших открытиях последних десятилетий, выбрать наиболее подходящую, непротиворечивую. «Современная астрономия переживает новую эпоху великих открытий…. Они приводят к радикальным изменениям в научной картине мира. Теория раздувающейся Вселенной, квантовая космология расширили границы мегамира; наша Метагалактика выступает сейчас лишь одной из множества вселенных.… Бурные мировоззренческие дискуссии вызывает антропный принцип, выявляющий неразрывную связь между глобальными свойствами Метагалактики и появлением в ней человека. Сохраняет значение и проблема внеземных цивилизаций. Моделирование возможных сценариев их развития позволяет по-новому, с космической точки зрения, оценить перспективы нашей собственной цивилизации, пути разрешения глобальных проблем современности» (Цицин, Ф.А., 1996; Павленко, А.Н., 1996; Дубровский, В.Н., 1996; Казютинский, В.В., 1996). С этим можно полностью согласиться. Мозговой штурм (англ. brainstorming) проблемы происхождения и эволюции Вселенной не устраняет беспорядочных поисков, наоборот, делает их даже более беспорядочными. Пробы (в виде гипотез, теорий происхождения Вселенной), генерируемые более трех-четырех тысяч лет, вероятно, не просто беспорядочны, скорее всего, они направлены не в ту сторону. Единого представления о происхождении и эволюции Вселенной нет. Это и плохо и хорошо. Однако на фоне многочисленных открытий конца XX и начала XXI века следует ожидать, в ближайшем будущем, появление непротиворечивой гипотезы (теории) происхождения и эволюции Вселенной, доступной нашему наблюдению и проверке. Маловероятно, но может быть. Процесс познания не остановить, честолюбие и любопытство – безгранично.… 1.2 Темная материя, темная энергия По современным данным сегодня мы можем наблюдать менее 4-5 % вещества нашей Вселенной. Эти 4-5 % составляют только видимую материю, способную быть зафиксированными приборами. Большая часть (до 96 %) составляет невидимая материя, названная скрытой массой. В чем состоит суть проблемы скрытой массы? Измерение масс галактик – задача в астрономии очень трудная. Ее впервые удалось решить для знаменитой Туманности Андромеды, гигантской спиральной галактики, ближайшей соседке Млечного Пути. «Взвесил» Андромеду в 1918 году Эрнст Карлович Эпик, 25-летний выпускник Московского университета, родом из Эстонии, работавший тогда в Москве (позднее он вернулся в Эстонию, в Тарту, где лучшим его учеником был Кузмин, а затем уехал сначала в Германию, а потом в Северную Ирландию). Э.К. Эпик воспользовался только что полученными на обсерватории Маунт Вилсон (Калифорния) спектрами Туманности Андромеды. Остается только удивляться, как быстро журнал с этими данными достиг Москвы в столь смутное время, и как быстро Э.К. Эпик сумел сделать свою пионерскую работу, да еще и представить ее на одном из семинаров в Москве – все это в течение одного 1918-го года. По наклону линий в спектре Андромеды он определил скорость вращения галактики, а затем предположил, что галактика как целое находится в равновесии под действием центробежных сил, порождаемых ее вращением, и сил тяготения, создаваемых массой самой галактики. При этом звезды движутся по круговым орбитам вокруг центра галактики – как планеты вокруг Солнца. Это позволило дать оценку массы галактики: оказалось, что она составляет приблизительно сто миллиардов масс Солнца. Но это еще не вся масса галактики, а только масса той ее яркой центральной области, свет от которой улавливается телескопом и анализируется спектрометром. Так что, строго говоря, Э.К. Эпик нашел светящуюся звездную массу Андромеды в пределах радиуса порядка 10 килопарсек (кпк) от центра звездной системы. С этого началась история взвешивания галактик. Затем были работы Фрица Цвикки, заметившего в 1933 году невидимый избыток тяготеющей массы в скоплении галактик Кома, и модель Канна-Волтье 1959 года, указывавшая на дополнительную массу в Местной группе галактик, включающей в себя Млечный Путь и Туманность Андромеды. А кульминация этой истории приходится на 1974 год, когда Я. Эйнасто и его сотрудники опубликовали в журнале Nature статью под названием «Динамическое указание на существование массивных корон галактик». Авторы привлекли наблюдательные данные о малых галактиках-спутниках, обращающихся вокруг самых крупных галактик. Движением карликовых спутников управляет полная масса, заключенная внутри их орбит, а эти орбиты выходят далеко за пределы видимого звездного тела крупной галактики, их радиусы 5-10 раз больше радиуса звездной системы. Если считать, следуя Э.К. Эпику, что на круговой орбите спутника действующая на него сила притяжения к центру уравновешивается центробежной силой, можно получить представление о полной массе галактики – как видимой, так и невидимой. Оказалась, что эта полная масса раз в 5-10 больше массы всех звезд типичной крупной галактики. Причем дополнительная невидимая масса галактики образует протяженное гало вокруг звездной системы, которое в 5-10 раз больше по размеру, чем сама звездная система. Вскоре это открытие нашло прямое и убедительное подтверждение в работах американских астрономов Джима Пиблса, Джеремайи Острайкера, Амоса Яхила, Веры Рубин и других. К середине 1980-х годов представление о темных гало галактик стало общепринятым. Теперь мы знаем, что звездная система нашей Галактики Млечный Путь имеет радиус около 10 кпк, и она погружена в темное гало, которое простирается до расстояний 100-150 кпк от центра системы. Темная масса Галактики раз в 10 больше массы всех звезд Млечного Пути. Примерно так же устроена Туманность Андромеды и все другие крупные галактики. Темные короны галактик – универсальный феномен природы. Невидимую массу, заполняющую гало галактик, называют теперь темной материей. Постепенно было осознано, что ее носителями не могут быть протоны, нейтроны и электроны, то есть обычное вещество, из которого состоят Солнце и звезды, планеты и Земля и все, что на ней. Скорее всего, это массивные (в сотни раз тяжелее протона) неведомые ранее элементарные частицы, которые испытывают только гравитационное и электрослабое взаимодействие. Их поиски ведутся сейчас в ряде больших физических лабораторий. Есть надежда, что темные частицы обнаружат себя также на Большом адроном коллайдере, когда эта гигантская экспериментальная установка заработает на полную мощь. Яану Эльмаровичу Эйнасто и сотрудникам из Тартуской обсерватории принадлежит два крупнейших открытия в астрономической науке. Это открытие темной материи в галактиках (1974 год) и обнаружение ячеистой структуры Вселенной (1997 год). Открытие темной материи и ячеистой структуры Вселенной привело к парадигмальным изменениям в космологии. Интересно, что темная энергия с ее антитяготением способна частично или даже полностью «компенсировать» тяготение темной материи и обычного вещества. Приведем только один пример, относящийся к нашему ближайшему галактическому окружению. На расстоянии примерно в 1,5 мегапарсека от центра Местной группы тяготение ее темной материи и обычного вещества точно компенсируется антитяготением, создаваемым однородным фоном темной энергии. В результате на сфере такого радиуса нет ни тяготения, ни антитяготения. Внутри сферы нулевого тяготения преобладает тяготение, а вне ее – антитяготение. Отсюда ясно, в частности, что динамический метод оценки масс в духе Эпика нуждается теперь в определенном уточнении с учетом эффекта темной энергии: без этого оценка массы темной материи в системах галактик была бы заметно заниженной. Присутствие в мире темной энергии заставляет заново взглянуть на старые и новые проблемы космологии. Среди них особенно интересен вопрос о самых крупных образованиях во Вселенной. Давно известно, что существуют большие скопления галактик, объединяющие тысячи галактик, подобных Млечному Пути. Имеются также и сверхскопления, уплощенные образования, в которые входит обычно несколько скоплений. Их размеры достигают сотни мегапарсек. Нередко в сверхскоплениях (а также и вне их) наблюдаются цепочки галактик – филаменты, которые оказываются вытянутыми в плоскости сверхскопления. Наконец, сверхскопления разделяют огромные «пустые» объемы с размерами в те же примерно 100-150 мегапарсек, в которых практически нет галактик, – это так называемые войды. Величайший ученый 20-го века Я. Эйнасто первым среди астрономов обратил внимание на войды как на базовый элемент крупномасштабного устройства Вселенной. Яков Борисович Зельдович заметил важную роль сверхскоплений и войдов в физическом процессе формирования космических структур самого большого масштаба. Я.Б. Зельдович, Я. Эйнасто и Сергей Федорович Шандарин (сотрудник Якова Борисовича) опубликовали в Nature в 1982 г. статью под названием «Гигантские войды во Вселенной», которая вызвала необычайно большое число откликов. Но это был только первый шаг к главной цели исследования, достижение которой потребовало еще пятнадцати лет упорного труда. В итоге тщательного анализа наблюдательного материала, многочисленных дискуссий (временами весьма острых) с коллегами в разных странах, где активно работали группы энергичных космологов (космология стала к тому времени уже почти что массовой профессией) в том же журнале в 1997 г. появилась статья Я. Эйнасто и еще девяти авторов, которая называлась «Периодичность масштаба 120 мегапарсек в трехмерном распределении сверхскоплений галактик». Ключевое слово здесь – периодичность. Авторы утверждают, что имеется определенного рода регулярность и повторяемость в общем устройстве мира: сверхскопления, филаменты и войды складываются в некое подобие ячеистой структуры. Это какие-то гигантские трехмерные кружева, в которых узор более или менее четко повторяется с шагом примерно в 120 мегапарсек. Конечно, ни о какой строгой симметрии типа той, что известна в кристаллических решетках, речи здесь не идет. Однако характерный масштаб в 100-150 мегапарсек определенно просматривается. Ячеистая структура с ее квазипериодичностью – феномен самого крупного космического масштаба. На ячейках обрывается иерархия космических структур, и в масштабах 300-1000 мегапарсек распределение светящегося и темного вещества Вселенной оказывается в среднем однородным ( рисунок 1.2.1). Признание нового часто тернисто и зависит от многих причин. Яану Эйнасто, его сотрудникам и открытиям повезло. Не сразу. Вот что пишет сам Я. Эйнасто об этом: «Однажды вечером мы с учеником Зельдовича Рашидом Сюняевым гуляли по проспекту Руставели и говорили о моделях галактик. Он описал теорию «блинов» Зельдовича относительно возникновения галактик: в то время эта теория только оформлялась. Я говорил опять-таки о парадоксе массы. И тут Сюняев сказал: «Яан, обрати внимание: твои модели никто не примет всерьез до тех пор, пока какой-нибудь американец не подтвердит твои результаты».  Рисунок 1.2.1 Структура Вселенной http://forum.na-svyazi.ru/?showtopic=536402&st=30&p=4990180 Предсказание Сюняева действительно сбылось. И мысль Сюняева относится не только к нашим моделям, а к научной работе в целом. Работы Эпика по определению расстояния до туманности Андромеды были признаны лишь после того, как Хаббл «открыл», что расстояние до туманности Андромеды велико. Наличие темной материи вокруг галактик заметили только после того, как принстонские астрономы и Вера Рубин подтвердили наши результаты. Американские авторитеты считают первооткрывателями цепочек галактик и пустот гарвардских астрономов Хухра и Геллера, которые в 1989 году опубликовали на страницах журнала Science резюме своих работ по исследованию структуры. Причин тому может быть две. Во-первых, действительно наблюдается тенденция признавать какой-либо новый результат лишь после того, как его подтверждают крупные авторитеты (эффект Сюняева). Во-вторых, тартуские результаты работ по структуре появились в неудачное время». Сравните даты публикаций статьи о ячеистой структуре вселенной: «Гигантские войды во Вселенной» (1982), авторы Я.Б. Зельдович, Я. Эйнасто, С.Ф. Шандарин и резюме по исследованию структуры Хухра, Геллер в журнале Science в 1989 году. Тони Фэйролл в своей недавней монографии написал об этом: «Новость (о наличии ячеистой структуры) быстро распространилась, но за пределами Советского Союза она нашла лишь немногих сторонников. Казалось, что эта идея опровергает все, что до тех пор думали на Западе о формировании галактик. Она как будто поддерживает советскую теоретическую концепцию (особенно Зельдовича и его московских коллег), предполагающую возникновение «блинообразных» структур – а эта концепция противоречит американскому пониманию того, как возникли галактики. И это все происходило в эпоху, когда царило противостояние холодной войны» (Эйнасо, Я.Э., Яанисте, Я.А. 1986, Эйнасто, Я., 2009, http://www.astronet.ru/db/msg/1233291/text.html; Чернин, А.Д., 2009, http://www.astronet.ru/db/ msg/1233291/afterword.html; Моисеев, А., 2003, http://www.dvastronom.ru/universe-neitrinomodel.php). В общем балансе массы/энергии Вселенной на темную материю приходится 20-25 %, а на обычное вещество – не более 5 %. Остальные 70-75 % – темная энергия, загадочная антигравитирующая среда, открытая астрономами-наблюдателями в 1998-99 годах. Физическая природа темной материи и темной энергии – центральная задача всей фундаментальной физики и астрономии нового века. На рисунке 1.2.2 представлено соотношение обычного вещества, вещества звезд, нейтрино, темной материи, темной энергии (Рубаков, В.А., 2005, http://elementy.ru/lib/25560/25567). Более точные данные получены в ходе работы WMAP (Wilkinson Microwawe Anisotropy Probe, 2003). Интерпретация данных по анизотропии реликтового излучения, полученных в ходе работы WMAP дала следующие результаты (рисунок 1.2.3): наблюдаемая плотность Ω близка к Ωcrit и распределение Ω = ΩΛ + Ωvis + Ωdark по компонентам: барионная материя Ωvis – 4,4 %, тёмная холодная материя (WIMP) Ωdark – 23 %, «тёмная энергия» ΩΛ – 72,6 %. Темная материя сродни обычному веществу. Она способна собираться в сгустки (размером с галактику или скопление галактик) и участвует в гравитационных взаимодействиях, как обычное вещество. Темная материя, скорее всего, состоит из новых, еще не открытых в земных условиях частиц. Темная материя имеется и в галактиках. В нашей Галактике в окрестности Солнца масса темной материи равна массе обычного вещества (Рубаков, В.А., 2005, http://elementy.ru/lib/25560/25567). Что представляют из себя частицы темной материи? Во-первых. Эти частицы не должны распадаться на другие, более легкие частицы, иначе они бы распались за время существования Вселенной. Во-вторых. В природе действует новый, не открытый пока закон сохранения, запрещающий этим частицам распадаться. В-третьих. Наиболее правдоподобной (но далеко не единственной) представляется гипотеза о том, что частицы темной материи в 100-1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино. В-четвертых. Частицы темной материи интенсивно рождались и аннигилировали в очень ранней Вселенной при сверхвысоких температурах (порядка 1015 градусов), и часть их дожила до наших дней.  Рисунок 1.2.2 Темная материя и темная энергия во Вселенной (Рубаков, В.А., 2005) Можно ли ожидать открытия частиц темной материи в недалеком будущем в земных условиях? Поскольку мы сегодня не знаем природу этих частиц, ответить на этот вопрос вполне однозначно нельзя. Тем не менее, два пути поиска. Первый путь экспериментальный, на ускорителях высокой энергии – коллайдерах. Вероятно, это будет сделано в международном центре ЦЕРН под Женевой на Большом адроном коллайдере (LHC). Второй путь состоит в регистрации частиц темной материи, которые летают вокруг нас. Третий путь связан с регистрацией продуктов аннигиляции частиц темной материи, с помощью нейтринных телескопов (AMADA – расположен глубоко во льду на Южном полюсе, HT-200, расположен в глубине озера Байкал и т. п.). Очевидно, использование современных комплексов исследования фундаментальных свойств материи, в том числе и пуск исследовательского реактора ПИК в Гатчине, под Петербургом, на базе Петербургского института ядерной физики в 2010 году, позволит приблизиться к разгадке устройства материи и глубже заглянуть в тайны Вселенной. Может быть, появится и новая физика, и новая парадигма. Пора! Согласно популярным гипотезам, частицы темной материи – это лишь один из представителей нового семейства элементарных частиц, так что наряду с открытием частиц темной материи можно надеяться на обнаружение целого класса новых частиц и взаимодействий. Эти частицы расскажут нам о свойствах Вселенной через 10-9 с (одна миллиардная секунды) после Большого взрыва, когда температура Вселенной составляла 1015 градусов, и частицы темной материи интенсивно взаимодействовали с космической плазмой (Рубаков, В.А., 2005, http://elementy.ru/lib/25560/25567). Темная энергия гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Темная энергия не собирается, в отличие от темной материи, в сгустки, а равномерно разлита во Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик ее столько же, сколько и вне их. Темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Современными астрономическими методами можно не только измерить нынешний темп расширения Вселенной, но и определить, как он изменялся со временем. Так вот, астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что сегодня (и в недалеком прошлом) Вселенная расширяется с ускорением: темп расширения растет со временем. В этом смысле и можно говорить об антигравитации: обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной, получается, всё наоборот.  Рисунок 1.2.3 Состав Вселенной по данным WMAP Темная энергия может обладать специальным свойством – отрицательным давлением. Это резко отличает её от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии – это главная загадка фундаментальной физики XXI века. Один из кандидатов на роль темной энергии – вакуум. Плотность энергии вакуума не изменяется при расширении Вселенной, а это и означает отрицательное давление вакуума. Другой кандидат – новое сверхслабое поле, пронизывающее всю Вселенную. Есть и другие кандидаты, но в любом случае темная энергия представляет собой что-то совершенно необычное. Другой путь объяснения ускоренного расширения Вселенной состоит в том, чтобы предположить, что сами законы гравитации видоизменяются на космологических расстояниях и космологических временах. Такая гипотеза далеко не безобидна…. По-видимому, если такое обобщение вообще возможно, то оно будет связано с представлением о существовании дополнительных размерностей пространства, помимо тех трех измерений, которые мы воспринимаем в повседневном опыте. К сожалению, сейчас не видно путей прямого экспериментального исследования темной энергии в земных условиях. Это, конечно, не означает, что в будущем не может появиться новых блестящих идей в этом направлении, но сегодня надежды на прояснение природы темной энергии (или, более широко, причины ускоренного расширения Вселенной) связаны исключительно с астрономическими наблюдениями и с получением новых, более точных космологических данных. Предстоит узнать в деталях, как именно расширялась Вселенная на относительно позднем этапе её эволюции, и это, надо надеяться, позволит сделать выбор между различными гипотезами (Рубаков, В.А., 2005, http://elementy.ru/lib/25560/25567). Впечатляющие успехи физики частиц и космологии поставили неожиданные и фундаментальные вопросы. Неизвестно, что представляет собой основная часть материи Вселенной, какие явления происходят на сверхмалых расстояниях, и какие происходили во Вселенной на самых ранних этапах ее эволюции. Главные открытия еще впереди (Рубаков В.А., 2005, http://elementy.ru/lib/25560/25565). В 2008 году команда астрофизика Алексея Вихлинина (Alexey Vikhlinin) из Смитсонианской астрофизической обсерватории (Smithsonian Astrophysical Observatory) представила первое прямое, независимое доказательство существование той самой энергии. А. Вихлинин и его семеро товарищей изучили объединение в кластеры двух групп отдаленных галактик, используя данные рентгеновской обсерватории Чандра (Chandra) и орбитальной обсерватории ROSAT. С помощью специально созданных компьютерных моделей ученые просчитали, как эти гигантские скопления газа и пыли объединились бы в кластеры в течение четырех миллиардов лет (примерно треть возраста Вселенной), если бы космос не растаскивал их в разные стороны. В результате они выяснили, что объединение в кластер, наблюдаемое в реальности, значительно слабее, чем смоделированное. Однако если в модели учесть темную материю, все встает на свои места (Найдено новое доказательство существования темной энергии, 19 декабря 2008, http://cosmicnews.ru/2008/12/najdeno-novoe-dokazatelstvo-sushhestvovaniya-tyomnoj-energii/). Работа этой группы ученых по материалам сайтов Times и Дискуссия отнесена к самым впечатляющим открытиям в астрономии 2008 года. Напрашивается поразительный вывод: при всей неуловимости темная энергия и темная материя составляют 96 % Вселенной и, очевидно, определяют ее поведение. Итак, темная материя участвует в процессах образования самых различных космических объектов, так как участвует в гравитационных взаимодействиях, как обычное вещество. Темная материя, как и обычная материя, способна собираться в сгустки. Хотя ее саму не удалось еще наблюдать, она ответственна за быстрое вращение галактик и галактических скоплений (Wiggins, A.W., Wynn, C.M.; http://www.ligis.ru/librari_2/086.htm). Темная энергия обладает обратным свойством. Темная энергия с ее антитяготением способна частично или даже полностью «компенсировать» тяготение темной материи и обычного вещества. Темная энергия гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Темная энергия не собирается, в отличие от темной материи, в сгустки, а равномерно разлита во Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик ее столько же, сколько и вне их. Темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Темная энергия может обладать специальным свойством – отрицательным давлением. Темная энергия вызывает ускоряющееся расширение Вселенной. При всей ее скрытности и при всем неведении о ее природе наблюдается огромное воздействие со стороны темной энергии (Wiggins, A.W., Wynn, C.M.; http://www.ligis.ru/librari_2/086.htm). Это резко отличает её от обычных форм материи и темной материи. Можно предположить, что диаметрально противоположные свойства темной материи и темной энергии обеспечивают реализацию способностей барионной материи к самоорганизации. При этом информационные единицы обычной (барионной) материи способны переходить от хаотических форм к сложноорганизованным формам порядка, получая в рамках эволюционных ветвей бифуркаций, возможность к образованию объектов, обладающих в фазе порядка (порядок → хаос → порядок → …) индивидуальной конфигурацией, конформацией и определенной хиральностью. 1.3 Происхождение изотопов химических элементов Космологический нуклеогенезис – это одновременный синтез элементов во всей Вселенной или в ее значительной части. Самое меньшее, что должна космологическая дать теория, – это хотя бы установить первоначальный химический состав Вселенной. Простейшим вариантом космологической теории было бы утверждение, что первоначальный состав был таким же, как в современную эпоху. Такой ответ на поставленный вопрос, возможно, был бы удовлетворительным до открытия радиоактивности и развития наших представлений о строении атомного ядра (Тейлер, Р.Дж., 1975, с.133-134). «Однако открытие радиоактивности показало, что химический состав не оставался неизменным, во всяком случае, с тех пор, как образовались радиоактивные элементы, а изучение эволюции звезд привело к убеждению, что за время существования Вселенной происходили и другие ядерные превращения. Как известно, водорода и гелия несравненно больше, чем других элементов, а относительное содержание более тяжелых элементов в нашей Галактике сильно меняется от звезды к звезде. Поэтому целесообразно рассмотреть гипотезу, согласно которой Вселенная состояла, вначале только из легких элементов, а более тяжелые образовались уже во время существования Галактики» (Тейлер, Р.Дж., 1975, с.133-134). «При интерпретации наблюдений далеких галактик проще всего допустить, что законы физики, установленные на Земле, справедливы для всей Вселенной, если только это не приводит к противоречиям. Ибо трудно предположить что-либо иное. Поскольку свет далеких объектов шел к нам миллиарды лет, мы должны также допустить, что законы физики не менялись со временем, так же как не меняются и в пространстве. … Зависимость гравитационной постоянной от распределения вещества во Вселенной называется принципом Маха. В настоящее время с принципом Маха соглашаются многие физики…. Поэтому мы будем считать законы физики неизменными. Быть может, это так и есть, но всегда следует помнить, что это вовсе не обязательно» (Тейлер, Р.Дж., 1975, с. 135-136). Сейчас уже открыта темная энергия и темная материя. Вероятно, могут быть открыты различные не известные сейчас формы материи и энергии. Может быть. Материя (лат. materia – вещество, субстрат, субстанция), энергия → информация. Материя – фундаментальное понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых мы можем судить благодаря нашим ощущениям, информационным потокам, информации об явлениях, процессах, объектах природы. Изменения во времени, происходящие с различными формами материи, составляют физические явления. Основной задачей физики является описание свойств тех или иных видов материи. |
Похожие:
 | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Знаки химических элементов | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Инструктаж по технике безопасности при работе в химическом кабинете. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.... |
 | Реферат Этимология названий химических элементов Периодической системы... Этимология названий химических элементов Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева | | Экзаменационные вопросы «Правила по охране труда при использовании... Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых... |
| Твоя Вселенная, 2 Рабочая программа учебного курса «Твоя Вселенная» составлена на основе авторской программы Левитана Е. П. «Твоя Вселенная, 2» изданной... | | Хорошавин Лев Борисович Докт техн наук реферат Периодической системе элементов, но и дополнительно по кластерам химических элементов, определять прогнозные свойства новых элементов... |
| Предмет: Химия Класс: 8 Тема: Виды химической связи Цель урока: Задачи:... Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Закрепить знания учащихся: по владению символами химических элементов, определению простых и сложных веществ, по составлению химических... |
| Внеклассное мероприятие для учащихся 8 классов «Веселые старты» (Соединения... Цель мероприятия: в игровой форме проверить степень усвоения учащимися основных понятий темы «Соединения химических элементов», сделать... | | Закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева... Разработка плана-конспекта урока «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева» |
| Литература: Популярная библиотека химических элементов Издательство «Наука» Традиционно (в учебниках) элементы подразделяют на группы по их свойствам, но в некоторых случаях, например, при знакомстве с ними... | | Е. Н. Салыгин (фамилия, инициалы) Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых... |
| Протокол №4 от 28. 04. 09 /Рожков А. А./ руководитель мо /Тюпина Г. А Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образование системы понятий о веществе при изучении периодического закона и периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева,... |
| Вопросы к экзамену по дисциплине «Химия» Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых... | | Сосуды работающие под давлением Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых... |
