Первые три минуты - [67]
В настоящее время (декабрь 1980 года) мир с нетерпением ожидает новых экспериментальных данных по массам нейтрино различных сортов.
Наконец, возникает естественный вопрос — ограничивается ли число сортов нейтрино тремя (соответствующим электрону, мюону и тау-лептону). В.Ф. Шварцман (СССР, 1969 год) показал, что слишком большое число сортов нейтрино изменило бы результаты нуклеосинтеза, так что космология позволяет высказать суждение о частицах, еще не открытых в лаборатории, позволяет бороться с демографическим взрывом среди частиц. Эти соображения уточняли американские астрофизики. Сейчас считается, что число сортов нейтрино не превышает 4–6.
ДОПОЛНЕНИЕ 8. НАЧАЛЬНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ
И ПЕРВИЧНЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
В настоящее время Вселенная с хорошей точностью однородна в большом масштабе. Но определенные отклонения от однородности в масштабе, соответствующем скоплениям галактик, т. е. порядка 10 — 100 мегапарсек, несомненно имели место, иначе не могла бы возникнуть наблюдаемая структура Вселенной.
Амплитуду этих возмущений в начальном состоянии при большом сжатии можно характеризовать безразмерной величиной — локальным отклонением метрики пространства от метрики однородного пространства. На классическом языке можно говорить о возмущении ньютонового гравитационного потенциала, причем за единицу принят квадрат скорости света. Раньше предполагалось, что безразмерное возмущение имеет порядок 10>-3. Если у нейтрино масса покоя около 10 эВ, то для образования структуры Вселенной достаточно, чтобы начальные возмущения были порядка 10>-5 в безразмерных единицах.
При этом астрономические наблюдения дают сведения о возмущениях в указанном выше большом масштабе и на начальном этапе эволюции; отдельные галактики, облака газа и звезды в галактиках появились позже! Они возникли при дроблении возмущений плотности большого масштаба и не характеризуют начальные малые возмущения метрики.
Наиболее вероятной представляется картина, в которой возмущения во всех масштабах имеют одинаковый порядок величины (около 10>-5 в безразмерных единицах). Начальные возмущения определенного масштаба, порядка 10 — 100 мегапарсек, оказываются при этом единственно важными для сегодняшней картины Вселенной в силу физических законов развития возмущений во время эволюции от начального до сегодняшнего состояния.
В принципе, однако, эти же законы не исключают возможности больших отклонений от однородности в малом масштабе, например в масштабе, который сегодня равен одному парсеку, или 3 × 10>18 см. В ходе расширения длина волны возмущения также растет; эта длина волны была меньше 3 × 10>15 см в момент рекомбинации (температура 3000 К), 3 × 10>12 см в момент, когда температура равнялась 3 × 10>6 К, и т. д. В частности, при красном смещении z = 10>11, температуре порядка 3 × 10>11 К и плотности 5 × 10>11 г/см>3 в момент t = 10>-3 с длина волны такого возмущения имела порядок 3 × 10>7 см, т. е. примерно равнялась произведению скорости света на время, истекшее с момента начала расширения. В период между t = 10>-3 с и моментом рекомбинации возмущение плотности с такой длиной волны превратится в акустическую волну, которая вскоре затухает под действием вязкости, не оставляя следа ни в распределении вещества, ни в спектре излучения. Точно так же сгладятся и возмущения в распределении нейтрино и вещества. Таков вывод, который можно сделать из теории возмущений малой амплитуды, наложенных на фридмановское решение.
Однако, если амплитуда возмущения велика, то возможен и другой вариант развития событий. Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков (1967 год) отметили, что большой избыток плотности в какой-то области может остановить расширение. В этой области оно сменится сжатием и образуется черная дыра, которая уже не выпустит находящиеся внутри нее вещество и излучение. Получающееся тело было названо первичной черной дырой в отличие от тех черных дыр, которые образуются в настоящее время или образовались в недалеком прошлом в результате эволюции звезд или звездных скоплений.
Так как и в книге, и в наших дополнениях уже употреблялся термин «черная дыра», скажем несколько слов о том, что это такое. Основной идеей общей теории относительности является связь между полем тяготения и геометрией пространства-времени. Вблизи массивного тела кривизна пространства, характеризующая отличие его свойств от свойств евклидова пространства, становится более заметной, чем вдали от него. Если данную массу тела М сосредоточить в объеме с линейным размером меньше некоторого критического размера, называемого гравитационным радиусом тела, то искривление пространства, вызванное гравитационным полем тела, будет настолько велико, что ни один луч света и ни одна материальная частица не смогут вырваться за пределы тела на расстояние, большее гравитационного радиуса. На языке ньютоновой теории можно сказать, что вторая космическая скорость, т. е. начальная скорость, необходимая для ухода частицы с поверхности тела, может стать равной скорости света. Именно в такой форме существование черных дыр предсказал Лаплас 200 лет тому назад.
Конечно, предсказания Лапласа были только гениальной догадкой. При скорости, близкой к скорости света, меняются законы механики (специальная теория относительности), при большом потенциале тяготения меняются сами законы тяготения (общая теория относительности). Однако, как это ни удивительно, эти изменения компенсируют друг друга и связь массы и радиуса, при которой свет не покидает тело, дается ньютоновой формулой:
В своей книге «Мечты об окончательной теории» Стивен Вайнберг – Нобелевский лауреат по физике – описывает поиск единой фундаментальной теории природы, которая для объяснения всего разнообразия явлений микро– и макромира не нуждалась бы в дополнительных принципах, не следующих из нее самой. Электромагнитные силы и радиоактивный распад, удержание кварков внутри нуклонов и разлет галактик – все это, как стремятся показать физики и математики, лишь разные проявления единого фундаментального закона.Вайнберг дает ответ на интригующие вопросы: Почему каждая попытка объяснить законы природы указывает на необходимость нового, более глубокого анализа? Почему самые лучшие теории не только логичны, но и красивы? Как повлияет окончательная теория на наше философское мировоззрение?Ясно и доступно Вайнберг излагает путь, который привел физиков от теории относительности и квантовой механики к теории суперструн и осознанию того, что наша Вселенная, быть может, сосуществует рядом с другими вселенными.Книга написана удивительно живым и образным языком, насыщена афоризмами и остроумными эпизодами.
Книга одного из самых известных ученых современности, нобелевского лауреата по физике, доктора философии Стивена Вайнберга – захватывающая и энциклопедически полная история науки. Это фундаментальный труд о том, как рождались и развивались современные научные знания, двигаясь от простого коллекционирования фактов к точным методам познания окружающего мира. Один из самых известных мыслителей сегодняшнего дня проведет нас по интереснейшему пути – от древних греков до нашей эры, через развитие науки в арабском и европейском мире в Средние века, к научной революции XVI–XVII веков и далее к Ньютону, Эйнштейну, стандартной модели, гравитации и теории струн.
Десятки лет один из самых известных ученых нашего времени заставляет общество задуматься о фундаментальных законах природы и о неразрывной связи науки и социума. В своей новой книге «Всё ещё неизвестная Вселенная» Стивен Вайнберг освещает широкий круг вопросов: от космологических проблем он переходит к социальным, от астрономии, квантовой механики и теории науки — к ограниченности современного знания, искусству научных открытий и пользе ошибок. Лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг делится своими взглядами на захватывающие фундаментальные вопросы физики и устройства Вселенной.
Воспоминания американского астронавта Майкла Маллейна посвящены одной из наиболее ярких и драматичных страниц покорения космоса – программе многоразовых полетов Space Shuttle. Опередившая время и не использованная даже на четверть своих возможностей система оказалась и самым опасным среди всех пилотируемых средств в истории космонавтики. За 30 лет было совершено 135 полетов. Два корабля из пяти построенных погибли, унеся 14 жизней. Как такое могло случиться? Почему великие научно-технические достижения несли не только победы, но и поражения? Маллейн подробно описывает период подготовки и первое десятилетие эксплуатации шаттлов.
Статья из газеты «Литературная газета» от 3 ноября 1982 г.
Книга написана на основе вопросов, наиболее часто задаваемых автору читателями на публичных встречах и при индивидуальных беседах по теме «Пилотируемые космические полеты».Читателей интересовало: «Почему погиб Юрий Гагарин, а его дочери приватизировали его имя как товарный знак?», «Почему наши женщины не летают в космос так же часто, как американки?», «Правда ли, что Терешкова и Николаев поженились по приказу Хрущева?», «В чем разница в подготовке к полету астронавтов и космонавтов?». Всего 25 вопросов и ответов в популярном изложении.При этом, ответы, предлагаемые автором, дают возможность читателям продолжить поиск и изучение других вариантов ответов, так как автор не претендует на исчерпывающую и окончательную точку зрения.Более того.
Книга повествует об истории представления человечества об устройстве Солнечной системы и Вселенной на протяжении тысяч лет. Вы узнаете о великих ученых древности и современных научных открытиях, о самых неожиданных гипотезах и о том, какие перспективы открываются нам в будущем с развитием научно-технического прогресса.
«Записки наблюдателя туманных объектов» — совокупность статеек, которая в конце 2009 года выросла в отдельную книгу. Насколько она удалась — судить вам. К работе над ними я приступил после 15 лет наблюдения звездного неба в пятнадцатисантиметровый телескоп. В «Записках» я не пытался описать как можно больше сокровищ звездного неба, а просто хотел поделиться своими впечатлениями и радостью от их созерцания. На данной странице можно найти и отдельные статьи в том виде, в каком они были опубликованы в журнале «Небосвод».
Книга, представленная на суд читателя в год пятидесятилетнего юбилея первого полета человека в космос, совершенного Ю. А. Гагариным, — не взгляд со стороны. Ее автор — удивительно разносторонний человек. Герой Российской Федерации, летчик-космонавт Ю. М. Батурин хорошо известен также как ученый и журналист. Но главное — он сам прекрасно знает увлекательный и героический мир, о котором пишет, жил в нем с середины 1990-х годов до 2009 года.Книга, рассчитанная на широкий круг читателей, не только познавательна.