Теория относительности. Учебное пособие. Розман Г.А. - 118 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

232
233
ñòðàíñòâî, Íî ñðàçó âîçíèêàåò äðóãîé âîïðîñ: ïî÷åìó â
äèàìåòðàëüíî ïðîòèâîïîëîæíûõ òî÷êàõ Âñåëåííîé îäèíàêîâîå
ñîñòîÿíèå ìàòåðèè, ÷òî è îïðåäåëÿåò óïîìÿíóòóþ âûøå
îäíîðîäíîñòü èçëó÷åíèÿ, ïðèõîäÿùåãî ñî âñåõ ñòîðîí. Ýòà
çàãàäêà Âñåëåííîé íàçûâàåòñÿ Ïðîáëåìîé ãîðèçîíòà.
Ñîãëàñíî ðàñ÷åòàì À. Ôðèäìàíà, îñíîâàííûì íà
ïîëîæåíèÿõ Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà, â ìî-
ìåíò Áîëüøîãî âçðûâà ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâà áûëà áëèçêà
ê òàê íàçûâàåìîé êðèòè÷åñêîé ïëîòíîñòè. Îò êðèòè÷åñêîé
ïëîòíîñòè çàâèñèò ñöåíàðèé ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé: ëèáî îíà áó-
äåò âñåãäà ðàñøèðÿòüñÿ, ëèáî íàñòóïèò ìîìåíò, êîãäà ðàñøèðåíèå
çàêîí÷èòñÿ è íà÷íåòñÿ ñæàòèå. Ó÷åíûå íå ìîãóò ñåé÷àñ îïðåäåëèòü
ìàññó âñåãî Ìèðà. Ïîìèìî äðóãèõ ïðè÷èí åñòü åùå îäíà: äëÿ
îáúÿñíåíèÿ íàáëþäàåìûõ ÿâëåíèé ïðåäïîëàãàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå
ñêðûòîé, íåâèäèìîé ìàññû, ïðèðîäà êîòîðîé åùå íå
îïðåäåëåíà. Ïîýòîìó íå ÿñíî, êàêîâà æå êðèòè÷åñêàÿ ïëîòíîñòü
âåùåñòâà Âñåëåííîé, êàêîâ áóäóùèé ñöåíàðèé ðàçâèòèÿ Ìèðà.
Ýòà çàãàäêà ïîëó÷èëà íàçâàíèå Ïðîáëåìû êðèòè÷åñêîé
ïëîòíîñòè.
 íà÷àëå Áîëüøîãî âçðûâà ìàòåðèÿ ñîñòîÿëà èç ãîðÿ÷åé
ïëàçìû, ÷àñòèöû êîòîðîé îáëàäàëè çàðÿäàìè ðàçíûõ çíàêîâ. Â
ìîìåíò âðåìåíè, îòñòîÿùèé íà 10
-33
ñåêóíäû îò íà÷àëà âçðûâà,
íà÷àëîñü îáúåäèíåíèå ðàçíîèìåííî çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ýòà
ýïîõà Âåëèêîãî îáúåäèíåíèÿ ïîñòàâèëà ïåðåä ó÷åíûìè íîâóþ
çàãàäêó: ïî÷åìó ñåãîäíÿøíèé ìèð ñîñòîèò ïðåèìóùåñòâåííî èç
÷àñòèö, êóäà èñ÷åçëè àíòè÷àñòèöû â íàøåé Âñåëåííîé? Êóäà
èñ÷åçëè è äðóãèå ñâèäåòåëè Áîëüøîãî âçðûâà, òàê íàçûâàåìûå
ìàãíèòíûå ìîíîïîëè, ïðåäñêàçàííûå òåîðåòè÷åñêè, íà êîí÷èêå
ïåðà àíãëèéñêèì ôèçèêîì Äèðàêîì åùå â 1928ã? Âîçíèêëà íîâàÿ
çàãàäêà ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé - çàãàäêà ìîíîïîëåé.
Äî ñèõ ïîð íå ðåøåíà çàãàäêà ðîæäåíèÿ çâåçä è ïëàíåò. Îäíî
äîñòîâåðíî, ÿñíî, ÷òî â ñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé Ýéíøòåéíà (ñì.
âûøå) îíè îáðàçîâàòüñÿ íå ìîãëè.
Âñå óïîìÿíóòûå âûøå çàãàäêè - ýòî ïîñëåäñòâèÿ Áîëüøîãî
âçðûâà. Òåîðèÿ òÿãîòåíèÿ, ïîñòðîåííàÿ âåëèêèì Íüþòîíîì,
íå ìîæåò îáúÿñíèòü ýòî ÿâëåíèå. Ïî çàêîíó âñåìèðíîãî
òÿãîòåíèÿ Íüþòîíà ìàòåðèàëüíûå îáðàçîâàíèÿ ìîãóò òîëüêî
ñáëèæàòüñÿ áëàãîäàðÿ âçàèìíîìó ïðèòÿæåíèþ. Ìû ýòî
îùóùàåì ïîñòîÿííî, íàõîäÿñü êàê íà Çåìëå, òàê è â áëèæíåì
êîñìîñå. Íî â 1972 ã. ñîâåòñêèå ôèçèêè Ý. Ãëèíåð, Ä. Êèðæíèö
è À. Ëèíäå, èñõîäÿ èç Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè
Ýéíøòåéíà, ïîäñ÷èòàëè, ÷òî â ìîìåíò âçðûâà ïëîòíîñòü
âåùåñòâà áûëà ôàíòàñòè÷åñêîé - 10
94
ã/ñì
3
(äëÿ ñðàâíåíèÿ -
ïëîòíîñòü âåùåñòâà â ÿäðàõ -10
16
ã/ñì
3
). Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïðè
ýòèõ ñîñòîÿíèÿõ ìàòåðèè â íåé âîçíèêàþò íå òîëüêî ñèëû
ïðèòÿæåíèÿ, íî è âî ìíîãî ðàç áîëåå ìîùíûå ñèëû
îòòàëêèâàíèÿ. Èìåííî ýòè ñèëû îòòàëêèâàíèÿ, ïî ìíåíèþ
óïîìÿíóòûõ ó÷åíûõ, è âûçûâàþò ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé. Ýòè
âûâîäû ïîëó÷èëè äàëüíåéøåå ðàçâèòèå è ñåé÷àñ ñ÷èòàþòñÿ
âïîëíå ïðàâäîïîäîáíûìè.
Âåùåñòâî ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ìåíÿëî ñâîè ñâîéñòâà
â ïðîöåññå ðàçäóâàíèÿ, òàêèå ïåðåõîäû ìàòåðèè èç îäíîãî
ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå íàçûâàþò ôàçîâûìè ïåðåõîäàìè (â íàøåé
îáûäåííîé æèçíè òàêèìè ôàçîâûìè ïåðåõîäàìè ÿâëÿþòñÿ,
íàïðèìåð, êèïåíèå âîäû è ïðåâðàùåíèå åå â ïàð). Ðàñ÷åòû ïîêà-
çûâàþò, ÷òî èçâåñòíûå íàì ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû-ýëåêòðîíû,
ïðîòîíû, íåéòðîíû è ò.ä. âîçíèêëè ÷åðåç âðåìÿ
25
10
ñåêóíäû
ïîñëå Âçðûâà â ðåçóëüòàòå ïåðåõîäà ìàòåðèè â íîâîå ôàçîâîå
ñîñòîÿíèå.
Ìîäåëü ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ïîçâîëÿåò äàòü
ïðåäâàðèòåëüíûå îòâåòû íà íåêîòîðûå ïîñòàâëåííûå âûøå âîï-
ðîñû. Ðàñïîëîæåííîå ñåãîäíÿ íà êðàþ ãîðèçîíòà âèäèìîñòè â
ïðîòèâîïîëîæíûõ åãî òî÷êàõ âåùåñòâî êîãäà-òî íàõîäèëîñü
ñîâñåì ðÿäîì, ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàëî, íàõîäèëîñü â îäèíàêî-
âûõ óñëîâèÿõ. È ðàçëåòàÿñü, ðàçâèâàëîñü îäèíàêîâî. Ïîýòîìó ñî
âñåõ ñòîðîí ê íàì íà Çåìëþ è ïðèõîäèò îäíîðîäíîå ðåëèêòîâîå
èçëó÷åíèå.
Âûøå ãîâîðèëîñü, ÷òî ðàñøèðÿþùàÿñÿ Âñåëåííàÿ èñïûòû-
âàëà ôàçîâûå ïåðåõîäû. Íî â òåõ óñëîâèÿõ äåéñòâîâàëè íå êëàñ-
ñè÷åñêèå, à êâàíòîâûå çàêîíû. Íå âî âñåì ïðîñòðàíñòâå îäíîâðå-
ìåííî ïðîèñõîäèëè ýòè ïåðåõîäû, ÷òî áëàãîïðèÿòñòâîâàëî îá-
ðàçîâàíèþ ñãóñòêîâ ìàòåðèè, èç êîòîðûõ è ìîãëè îáðàçîâàòü-
ñòðàíñòâî, Íî ñðàçó âîçíèêàåò äðóãîé âîïðîñ: ïî÷åìó â             òÿãîòåíèÿ Íüþòîíà ìàòåðèàëüíûå îáðàçîâàíèÿ ìîãóò òîëüêî
äèàìåòðàëüíî ïðîòèâîïîëîæíûõ òî÷êàõ Âñåëåííîé îäèíàêîâîå          ñáëèæàòüñÿ áëàãîäàðÿ âçàèìíîìó ïðèòÿæåíèþ. Ìû ýòî
ñîñòîÿíèå ìàòåðèè, ÷òî è îïðåäåëÿåò óïîìÿíóòóþ âûøå               îùóùàåì ïîñòîÿííî, íàõîäÿñü êàê íà Çåìëå, òàê è â áëèæíåì
îäíîðîäíîñòü èçëó÷åíèÿ, ïðèõîäÿùåãî ñî âñåõ ñòîðîí. Ýòà           êîñìîñå. Íî â 1972 ã. ñîâåòñêèå ôèçèêè Ý. Ãëèíåð, Ä. Êèðæíèö
çàãàäêà Âñåëåííîé íàçûâàåòñÿ “Ïðîáëåìîé ãîðèçîíòà”.               è À. Ëèíäå, èñõîäÿ èç Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè
     Ñîãëàñíî ðàñ÷åòàì À. Ôðèäìàíà, îñíîâàííûì íà                 Ýéíøòåéíà, ïîäñ÷èòàëè, ÷òî â ìîìåíò âçðûâà ïëîòíîñòü
ïîëîæåíèÿõ Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà, â ìî-          âåùåñòâà áûëà ôàíòàñòè÷åñêîé - 1094 ã/ñì3 (äëÿ ñðàâíåíèÿ -
ìåíò Áîëüøîãî âçðûâà ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâà áûëà áëèçêà       ïëîòíîñòü âåùåñòâà â ÿäðàõ -1016 ã/ñì3). Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïðè
ê òàê íàçûâàåìîé “êðèòè÷åñêîé ïëîòíîñòè”. Îò êðèòè÷åñêîé          ýòèõ ñîñòîÿíèÿõ ìàòåðèè â íåé âîçíèêàþò íå òîëüêî ñèëû
ïëîòíîñòè çàâèñèò ñöåíàðèé ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé: ëèáî îíà áó-       ïðèòÿæåíèÿ, íî è âî ìíîãî ðàç áîëåå ìîùíûå ñèëû
äåò âñåãäà ðàñøèðÿòüñÿ, ëèáî íàñòóïèò ìîìåíò, êîãäà ðàñøèðåíèå    îòòàëêèâàíèÿ. Èìåííî ýòè ñèëû îòòàëêèâàíèÿ, ïî ìíåíèþ
çàêîí÷èòñÿ è íà÷íåòñÿ ñæàòèå. Ó÷åíûå íå ìîãóò ñåé÷àñ îïðåäåëèòü   óïîìÿíóòûõ ó÷åíûõ, è âûçûâàþò ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé. Ýòè
ìàññó âñåãî Ìèðà. Ïîìèìî äðóãèõ ïðè÷èí åñòü åùå îäíà: äëÿ         âûâîäû ïîëó÷èëè äàëüíåéøåå ðàçâèòèå è ñåé÷àñ ñ÷èòàþòñÿ
îáúÿñíåíèÿ íàáëþäàåìûõ ÿâëåíèé ïðåäïîëàãàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå       âïîëíå ïðàâäîïîäîáíûìè.
“ñêðûòîé”, íåâèäèìîé ìàññû, ïðèðîäà êîòîðîé åùå íå                     Âåùåñòâî ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ìåíÿëî ñâîè ñâîéñòâà
îïðåäåëåíà. Ïîýòîìó íå ÿñíî, êàêîâà æå êðèòè÷åñêàÿ ïëîòíîñòü      â ïðîöåññå ðàçäóâàíèÿ, òàêèå ïåðåõîäû ìàòåðèè èç îäíîãî
âåùåñòâà Âñåëåííîé, êàêîâ áóäóùèé ñöåíàðèé ðàçâèòèÿ Ìèðà.         ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå íàçûâàþò ôàçîâûìè ïåðåõîäàìè (â íàøåé
Ýòà çàãàäêà ïîëó÷èëà íàçâàíèå “Ïðîáëåìû êðèòè÷åñêîé               îáûäåííîé æèçíè òàêèìè ôàçîâûìè ïåðåõîäàìè ÿâëÿþòñÿ,
ïëîòíîñòè”.                                                       íàïðèìåð, êèïåíèå âîäû è ïðåâðàùåíèå åå â ïàð). Ðàñ÷åòû ïîêà-
      íà÷àëå Áîëüøîãî âçðûâà ìàòåðèÿ ñîñòîÿëà èç ãîðÿ÷åé         çûâàþò, ÷òî èçâåñòíûå íàì ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû-ýëåêòðîíû,
ïëàçìû, ÷àñòèöû êîòîðîé îáëàäàëè çàðÿäàìè ðàçíûõ çíàêîâ.         ïðîòîíû, íåéòðîíû è ò.ä. âîçíèêëè ÷åðåç âðåìÿ 10 −25 ñåêóíäû
ìîìåíò âðåìåíè, îòñòîÿùèé íà 10-33 ñåêóíäû îò íà÷àëà âçðûâà,      ïîñëå Âçðûâà â ðåçóëüòàòå ïåðåõîäà ìàòåðèè â íîâîå ôàçîâîå
íà÷àëîñü îáúåäèíåíèå ðàçíîèìåííî çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ýòà           ñîñòîÿíèå.
“ýïîõà Âåëèêîãî îáúåäèíåíèÿ” ïîñòàâèëà ïåðåä ó÷åíûìè íîâóþ             Ìîäåëü ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ïîçâîëÿåò äàòü
çàãàäêó: ïî÷åìó ñåãîäíÿøíèé ìèð ñîñòîèò ïðåèìóùåñòâåííî èç        ïðåäâàðèòåëüíûå îòâåòû íà íåêîòîðûå ïîñòàâëåííûå âûøå âîï-
÷àñòèö, êóäà èñ÷åçëè àíòè÷àñòèöû â íàøåé Âñåëåííîé? Êóäà          ðîñû. Ðàñïîëîæåííîå ñåãîäíÿ íà êðàþ ãîðèçîíòà âèäèìîñòè â
èñ÷åçëè è äðóãèå ñâèäåòåëè Áîëüøîãî âçðûâà, òàê íàçûâàåìûå        ïðîòèâîïîëîæíûõ åãî òî÷êàõ âåùåñòâî êîãäà-òî íàõîäèëîñü
ìàãíèòíûå ìîíîïîëè, ïðåäñêàçàííûå òåîðåòè÷åñêè, “íà êîí÷èêå       “ñîâñåì ðÿäîì”, ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàëî, íàõîäèëîñü â îäèíàêî-
ïåðà” àíãëèéñêèì ôèçèêîì Äèðàêîì åùå â 1928ã? Âîçíèêëà íîâàÿ      âûõ óñëîâèÿõ. È ðàçëåòàÿñü, ðàçâèâàëîñü îäèíàêîâî. Ïîýòîìó ñî
çàãàäêà ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé - “çàãàäêà ìîíîïîëåé”.                 âñåõ ñòîðîí ê íàì íà Çåìëþ è ïðèõîäèò îäíîðîäíîå ðåëèêòîâîå
     Äî ñèõ ïîð íå ðåøåíà çàãàäêà ðîæäåíèÿ çâåçä è ïëàíåò. Îäíî   èçëó÷åíèå.
äîñòîâåðíî, ÿñíî, ÷òî â ñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé Ýéíøòåéíà (ñì.          Âûøå ãîâîðèëîñü, ÷òî ðàñøèðÿþùàÿñÿ Âñåëåííàÿ èñïûòû-
âûøå) îíè îáðàçîâàòüñÿ íå ìîãëè.                                  âàëà ôàçîâûå ïåðåõîäû. Íî â òåõ óñëîâèÿõ “äåéñòâîâàëè” íå êëàñ-
     Âñå óïîìÿíóòûå âûøå çàãàäêè - ýòî ïîñëåäñòâèÿ Áîëüøîãî       ñè÷åñêèå, à êâàíòîâûå çàêîíû. Íå âî âñåì ïðîñòðàíñòâå îäíîâðå-
âçðûâà. Òåîðèÿ òÿãîòåíèÿ, ïîñòðîåííàÿ âåëèêèì Íüþòîíîì,           ìåííî ïðîèñõîäèëè ýòè ïåðåõîäû, ÷òî áëàãîïðèÿòñòâîâàëî îá-
íå ìîæåò îáúÿñíèòü ýòî ÿâëåíèå. Ïî çàêîíó âñåìèðíîãî              ðàçîâàíèþ “ñãóñòêî┠ìàòåðèè, èç êîòîðûõ è ìîãëè îáðàçîâàòü-
232                                                                                                                          233