Олег Фейгин - Взрыв мироздания
Квантовая гравитация – квантовая механика и гравитационная теория в рамках общей теории относительности очень плохо стыкуются между собой.
С практической точки зрения нам в повседневной жизни квантовая теория гравитационного взаимодействия, по большому счету, не нужна, поскольку все явления, с которыми мы прямо или косвенно сталкиваемся, описываются либо гравитационными эффектами, на фоне которых квантово-механические эффекты никак не проявляются, либо наоборот.
С другой стороны, если нас интересует происхождение Вселенной и процессы, происходившие в первые мгновения после Большого взрыва, универсальная и непротиворечивая теория нам все-таки нужна. В самом начале квантово-механические и гравитационные взаимодействия были в равной мере значимы. Именно это и послужило одной из главных мотивировок к разработке квантовой теории гравитации. Такой теорией стала теория струн. В ее рамках удалось, наконец, объединить квантово-механические и гравитационные взаимодействия. Мы не знаем, верна ли эта теория, но лучшей кандидатуры на роль универсальной сегодня не существует.
Кварки – фундаментальные (неделимые и бесструктурные с точки зрения современной физики) компоненты материи с дробным электрическим зарядом. Имеют по шесть различных разновидностей или «ароматов»: «верхний», «нижний», «странный», «очарованный», «красивый» и «истинный», обычно объединяются в пары или тройки, формируя другие элементарные частицы. Кварки скрепляются между собой за счет ядерных сил – сильных взаимодействий, переносчиками которых являются другие частицы – глюоны.
Керровская черная дыра – вращающийся коллапсар. Если исходное тело вращалось, то вокруг черной дыры сохраняется «вихревое» гравитационное поле, увлекающее все соседние тела во вращательное движение вокруг нее. Поле тяготения вращающейся черной дыры называют полем Керра (математик Рой Керр в 1963 нашел решение соответствующих уравнений). Этот эффект характерен не только для черной дыры, но для любого вращающегося тела, даже для Земли. По этой причине размещенный на искусственном спутнике Земли свободно вращающийся гироскоп испытывает медленную прецессию относительно далеких звезд. Вблизи Земли этот эффект едва заметен, но вблизи черной дыры он выражен гораздо сильнее: по скорости прецессии гироскопа можно измерить момент импульса черной дыры, хотя сама она не видна.
Космогония – наука, изучающая происхождение и развитие космических тел. В космогонические системы входят сценарии эволюции звезд, галактик, туманностей, Солнечной системы, включая все входящие в нее небесные тела: Солнце, планеты, их спутники, астероиды, кометы, метеориты. Изучение космогонических процессов является одной из главных задач астрофизики. В современной космогонии широко используются законы физики и химии. Космогонические гипотезы прошлых веков относились главным образом к происхождению Солнечной системы. Лишь в XX веке развитие наблюдательной и теоретической астрофизики позволило начать серьезное изучение эволюции звезд и звездных систем.
Космологическая постоянная – математический параметр, введенный Эйнштейном, чтобы уравнения общей теории относительности допускали пространственно однородные статические решения. После построения теории эволюционирующей космологической модели Фридмана и получения подтверждающих ее наблюдений отсутствие такого решения у исходных уравнений Эйнштейна не рассматривается как недостаток теории. До самого конца прошлого века достоверных указаний на отличие космологической постоянной от нуля не было, поэтому она рассматривалась в общей теории относительности как необязательная величина. После открытия ускоренного расширения Вселенной наличие космологической постоянной определяет вид наиболее распространенных космологических моделей и сценариев их эволюции.
Космологическое (метагалактическое) красное смещение – наблюдаемое для всех далеких источников звезд, квазаров и галактик понижение частот излучения, свидетельствующее о динамическом удалении этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, то есть о расширении Метагалактики.
Космология – раздел астрономии, изучающий Вселенную как целое, в том числе происхождение, крупномасштабную структуру и эволюцию Метагалактики. Данные для космологии в основном получают из астрономических наблюдений. Для их интерпретации в настоящее время используется общая теория относительности Эйнштейна. Создание этой теории и проведение соответствующих наблюдений позволило в начале прошлого века поставить космологию в ряд точных наук, тогда как до этого она скорее была областью философии. Сейчас сложились две космологические школы: эмпирики ограничиваются интерпретацией наблюдательных данных, не экстраполируя свои модели в неизученные области; теоретики пытаются объяснить наблюдаемую Вселенную, используя некоторые гипотезы, отобранные по принципу простоты и структурированности. Широко признана космологическая модель Большого взрыва, согласно которой расширение Вселенной началось из очень плотного и горячего состояния. Мало популярна, но продолжает обсуждаться стационарная модель Вселенной, в которой она существует вечно и не имеет ни начала, ни конца.
Красное смещение – покраснение света удаляющихся от нас небесных тел, которое обусловлено эффектом сдвига положения спектральных линий химических элементов в красную длинноволновую сторону. Является проявлением эффекта Доплера в видимом электромагнитном диапазоне.
Каждый химический элемент поглощает или излучает электромагнитные волны на строго определенных частотах. Поэтому каждый химический элемент образует в спектре неповторимую картину из линий излучения. В результате движения частота излучения от удаленных объектов, например, звезд, может изменяться (понижаться или повышаться), а линии соответственно могут смещаться в красную (длинноволновую) или синюю (коротковолновую) часть спектра, сохраняя, однако, свое неповторимое относительное расположение. Чаще всего термин «красное смещение» используют для обозначения двух явлений: «гравитационное красное смещение» и «космологическое красное смещение».
Кротовая нора /кротовина, червоточина, мостик, туннель – гипотетическая топологическая особенность пространства – времени, представляющая собой в каждый момент времени туннель в пространстве. Область вблизи самого узкого участка кротовины называется горловиной. Кротовые норы делятся на «внутримировые» и «межмировые» в зависимости от того, можно ли соединить входы кривой, не пересекающей горловину. Различают также проходимые и непроходимые кротовины. К последним относятся те туннели, которые коллапсируют слишком быстро для того, чтобы наблюдатель или световой сигнал успели добраться от одного входа до другого.
Классический пример непроходимой кротовины – пространство Шварцшильда, а проходимой – кротовины Морриса – Торна. Теория относительности допускает существование таких туннелей, но для существования проходимой кротовой норы необходимо, чтобы она была заполнена экзотической антигравитирующей субстанцией, создающей сильное гравитационное отталкивание и препятствующей схлопыванию норы. Решения типа кротовых нор возникают в различных вариантах теории квантовой гравитации, хотя полностью данные вопросы еще не исследованы. Проходимая внутримировая кротовая нора дает гипотетическую возможность путешествий во времени, если, например, один из ее входов движется относительно другого или если он находится в сильном гравитационном поле, где течение времени замедляется.
Магнитное поле – поле, ответственное за магнитные силы. В электродинамике рассматривается совместно с электрическим полем как проявление единого электромагнитного поля.
Масса – количество материи в физическом теле; его инерция или сопротивление ускорению.
Межзвездный газ – разреженная газовая среда, заполняющая все пространство между звездами. Химический состав межзвездного газа примерно такой же, как и у большинства звезд: он состоит из 90 % водорода и 10 % гелия с небольшой примесью более тяжелых элементов. В зависимости от температуры и плотности межзвездный газ пребывает в молекулярном, атомарном или ионизованном состояниях. Наблюдаются холодные молекулярные облака, разреженный межоблачный газ, облака ионизованного водорода и обширные области разреженного и очень горячего газа с температурой около миллиона градусов Кельвина.
Микроволновое фоновое излучение – излучение, оставшееся от горячей ранней Вселенной и испытавшее к настоящему времени столь сильное красное смещение, что из света превратилось в микроволны (радиоволны с длиной волны несколько сантиметров).
Млечный Путь – светлая неровная полоса, опоясывающая небо по большому кругу. Она связана со свечением огромного количества слабых звезд, большинство которых не различимо по отдельности ни в какие телескопы. Таким нам представляется звездный диск нашей Галактики, который мы наблюдаем изнутри, находясь вблизи плоскости диска. Во Млечном Пути концентрируется межзвездный газ, межзвездная пыль и группировки молодых звезд. Часто термин Млечный Путь используется как название всей нашей Галактики.
